DFG-Boysen RTG F3
Wind Farm Bad Laustadt
The Effect of Wind Farms on the Agroecosystem due to Altered Turbulent Mixing in the Atmospheric Surface Layer
Motivation
Given the rising global energy demand and the urgency to combat climate change, sustainable and renewable energy sources have garnered widespread attention. The propagation of renewable energy technologies worldwide has notably altered local land use and microclimate conditions. Therefore, this study focuses on examining how the turbulence generated by wind turbines influences nearby climatic factors such as air temperature, evapotranspiration, and soil moisture content. By investigating these dynamics, we aim to contribute to a better understanding of the impact of wind energy infrastructure on its immediate surroundings, facilitating informed decision-making for sustainable energy development.
Objectives
This research project at the Chair of Meteorology aims to support the transition to green energy and mitigate climate change by investigating the microclimate effects of wind turbines using the PALM Large Eddy Simulation (LES) model. We analyse the turbulent interactions and resultant microclimatic changes induced by wind turbine operations by employing high-resolution simulations. Preliminary findings indicate that wind turbines cause slight cooling during the day and warming at night, consistent with previous research. Additionally, the turbulence generated by wind turbines influences soil moisture levels and evapotranspiration rates, with pronounced effects under specific atmospheric conditions. Following the simulation results from the PALM, the MONICA agroecosystem model will be used to assess the impact of these microclimatic changes on agricultural ecosystems. This analysis will focus on how altered soil moisture and temperature patterns affect crop yield and evaluate the potential to reduce the risk of late frost damage on early-stage crops. By elucidating these dynamics, we seek to provide valuable insights for optimising wind energy infrastructure and promoting sustainable energy practices in the face of climate change challenges.
Projekt: Boysen GRK F3
Auswirkungen von Windparks auf das Agrarökosystem durch veränderte turbulente Durchmischung in der atmosphärischen Grenzschicht
Motivation
Angesichts des weltweit steigenden Energiebedarfs und der Dringlichkeit, den Klimawandel zu bekämpfen, haben nachhaltige und erneuerbare Energiequellen große Aufmerksamkeit erlangt. Die weltweite Verbreitung von Technologien für erneuerbare Energien hat die lokale Landnutzung und die mikroklimatischen Bedingungen deutlich verändert. In dieser Studie wird daher untersucht, wie die von Windturbinen erzeugten Turbulenzen klimatische Faktoren in der Umgebung wie Lufttemperatur, Evapotranspiration und Bodenfeuchtigkeit beeinflussen. Durch die Untersuchung dieser Dynamik wollen wir zu einem besseren Verständnis der Auswirkungen der Windenergieinfrastruktur auf ihre unmittelbare Umgebung beitragen und so eine fundierte Entscheidungsfindung für eine nachhaltige Energieentwicklung ermöglichen.
Zielsetzungen
Dieses Forschungsprojekt am Lehrstuhl für Meteorologie zielt darauf ab, den Übergang zu grüner Energie zu unterstützen und den Klimawandel abzuschwächen, indem die mikroklimatischen Auswirkungen von Windturbinen mit Hilfe des PALM Large Eddy Simulation (LES)-Modells untersucht werden. Wir analysieren die turbulenten Wechselwirkungen und die daraus resultierenden mikroklimatischen Veränderungen, die durch den Betrieb von Windturbinen verursacht werden, mit Hilfe von hochauflösenden Simulationen. Vorläufige Ergebnisse deuten darauf hin, dass Windturbinen tagsüber eine leichte Abkühlung und nachts eine Erwärmung verursachen, was mit früheren Untersuchungen übereinstimmt. Darüber hinaus beeinflussen die von Windturbinen erzeugten Turbulenzen die Bodenfeuchtigkeit und die Evapotranspirationsraten, wobei die Auswirkungen unter bestimmten atmosphärischen Bedingungen besonders ausgeprägt sind. Im Anschluss an die Simulationsergebnisse von PALM wird das Agrarökosystemmodell MONICA verwendet, um die Auswirkungen dieser mikroklimatischen Veränderungen auf landwirtschaftliche Ökosysteme zu bewerten. Diese Analyse wird sich darauf konzentrieren, wie sich veränderte Bodenfeuchtigkeits- und Temperaturmuster auf die Ernteerträge auswirken und das Potenzial zur Verringerung des Risikos von Spätfrostschäden bei Frühkulturen bewerten. Durch die Aufklärung dieser Dynamik wollen wir wertvolle Erkenntnisse für die Optimierung der Windenergieinfrastruktur und die Förderung nachhaltiger Energiepraktiken angesichts der Herausforderungen des Klimawandels gewinnen.