Farmy wiatrowe ocieplają morza i zaburzają prądy. Naukowcy ostrzegają przed negatywnymi konsekwencjami
Na łamach „Communications Earth & Environment” oraz w magazynie „Nature”, opublikowano wyniki badań dotyczących skumulowanego wpływu morskich farm wiatrowych na prądy i temperaturę powierzchni Morza Północnego. Symulacje pokazują spadek prędkości prądów i trwałe zmiany temperatury wody przy planowanej ekspansji do 300 GW w 2050 r. Naukowcy wskazują na konsekwencje dla ekosystemu, żeglugi, rybołówstwa i bezpieczeństwa państw.
Zespół z Centrum Helmholtza Hereon przeanalizował scenariusz intensywnej rozbudowy energetyki offshore do 2050 roku, wskazując na istotne zmiany hydrodynamiczne w skali całego akwenu.
Autorami badania są Nils Christiansen, Ute Daewel i Corinna Schrum. Projekt zatytułowany „Cumulative hydrodynamic impacts of offshore wind farms on North Sea currents and surface temperatures” koncentruje się na analizie fizycznych parametrów morza w warunkach gwałtownej ekspansji instalacji wiatrowych. 13 stycznia przedstawiono wyniki, które opisują zarówno lokalne, jak i regionalne konsekwencje inwestycji.
Farmy wiatrowe zmieniają morze nad, jak i pod powierzchnią
Morze Północne jako akwen szelfowy pozostaje silnie zależne od wiatru i pływów. Do 2024 roku zainstalowano tam około 23,5 GW mocy w morskiej energetyce wiatrowej, a w eksploatacji znajduje się około 4,5 tys. turbin. Scenariusze polityczne zakładają wzrost mocy do 120 GW do 2030 r. oraz do 300 GW do 2050 roku, co oznacza ponad dziesięciokrotną rozbudowę w ciągu 25 lat. Uczeni podkreślili: „przewidywany wzrost liczby morskich instalacji wiatrowych na Morzu Północnym budzi obawy o potencjalne systematyczne zmiany hydrodynamiczne na obszarach przeznaczonych pod intensywną zabudowę”.
Badacze wskazali, że morskie farmy wiatrowe oddziałują na środowisko zarówno nad, jak i pod powierzchnią wody. Wirniki turbin pobierają energię kinetyczną wiatru, spowalniając jego prędkość nawet o 40 proc., co prowadzi do powstania tzw. śladu aerodynamicznego. W efekcie prądy powierzchniowe mogą zwolnić nawet o 20 proc., ograniczając transport osadów i mieszanie warstw wody. Jednocześnie fundamenty turbin działają jak przeszkody w kolumnie wodnej, wywołując lokalne turbulencje i spowalniając prądy pływowe w głębinach nawet o 5 proc.
Ocieplenie, zmniejszenie prędkości prądów i rozkłady energii pływów
„Morskie farmy wiatrowe w coraz większym stopniu kształtują dynamikę oceanów przybrzeżnych, ale ich skumulowane oddziaływania fizyczne pozostają słabo mierzalne. Wykorzystując trwające prowadzone na Morzu Północnym już od dekad symulacje o wysokiej rozdzielczości, wykazujemy, że rozwój energetyki wiatrowej na dużą skalę na morzu może zmniejszyć prędkość prądów i zmienić lokalne rozkłady energii pływów. Wiatr i fale pływowe wywierają odrębne, ale wzajemnie oddziałujące na siebie wpływy na fizykę oceanu: anomalie prędkości wiatru napędzają oddziaływania hydrodynamiczne w polu dalekim, podczas gdy opór wywołany przez konstrukcję nasila lokalne turbulencje i mieszanie. Rozstaw turbin okazuje się kluczowym czynnikiem kontrolującym interakcje w falach pływowych, regulując powstawanie gorących punktów o wysokiej turbulencji. Efekty falowania w polu bliskim i dalekim wpływają na mieszanie pionowe i powierzchniowe strumieni ciepła – napędzane głównie przez redukcję naprężeń wiatru na dużą skalę – co prowadzi do płytszych warstw mieszanych i długotrwałego ocieplenia powierzchni na obszarach farm wiatrowych. Nasze odkrycia ujawniają fizyczny ślad morskiej energetyki wiatrowej w skali basenu i podkreślają potrzebę uwzględnienia oddziaływań hydrodynamicznych w przyszłym planowaniu morskich farm wiatrowych” – podkreślono w badaniu
Symulacje wskazują, że przy pełnej realizacji planów do 2050 r. utrata energii kinetycznej Morza Północnego wyniesie 3,7 proc. przy powierzchni oraz 1,4 proc. w głębinach. W rejonach farm wiatrowych temperatura powierzchni morza może wzrosnąć o około 0,2 st. C, natomiast w środkowej i południowej części akwenu o 0,05–0,15 st. C. Jak podano w opracowaniu, „Wywołane w ten sposób ocieplenie stanowić będzie około 10 proc. prognozowanych sygnałów zmian klimatycznych w regionie”.
Zmiany te przekładają się na transport osadów, rozkład składników odżywczych i przemieszczanie się larw ryb, co może modyfikować strukturę całego ekosystemu. W konsekwencji przewiduje się oddziaływanie na rybołówstwo komercyjne, żeglugę, operacje poszukiwawczo-ratunkowe, reagowanie kryzysowe oraz obronę narodową. Nowe wzorce przepływu wpływają również na dokładność prognoz prądów, od których zależy ruch statków i planowanie operacji na morzu.
Wpływ z rozbudowy offshore
Dr Nils Christiansen z Instytutu Analizy i Modelowania Systemów Przybrzeżnych Hereon podkreślił: „Nasze symulacje przedstawiają nowy, precyzyjnie ustrukturyzowany wzorzec przepływu, który jest widoczny nie tylko w obrębie farm wiatrowych, ale może również rozprzestrzeniać się po Morzu Północnym, z prędkością powierzchniową spadającą nawet o 20 proc. w scenariuszu ekspansji do 2050 roku”. Dodał również: „Energia wiatrowa na morzu jest kluczowym elementem transformacji energetycznej i dekarbonizacji. Jednocześnie musimy zrozumieć, jak różne typy instalacji offshore i rozmiar turbin wpływają na Morze Północne. Tylko wtedy możemy dostarczyć społeczeństwu i gospodarce rzetelnych informacji oraz opracować środki minimalizujące potencjalne ryzyko na wczesnym etapie”.
Autorzy badania wskazali, że kluczowe znaczenie dla ograniczenia negatywnych skutków ma odpowiedni rozstaw turbin, ich lokalizacja oraz uwzględnienie lokalnych warunków pływowych w planowaniu przestrzennym. Uwzględnienie skumulowanych efektów hydrodynamicznych ma stanowić podstawę dalszego projektowania morskich farm wiatrowych na Morzu Północnym.
Kresy.pl/Nature/Polskie Radio 24
