Sammanfattning
For two future scenarios on the expansion of offshore wind power in the Baltic Sea and the North Sea, SMHI has investigated how the hydrography, i.e. temperatures, salinities, currents and stratification, may be affected. Effects were induced by wind stress reductions on the sea surface and by the increased friction and turbulence in the water from wind turbine foundations.
The results show that an expansion of wind power in the Baltic Sea in general will cause a shallowed halocline, and increased deep water salinities and temperatures, due to decreasing winds behind the wind farms that lead to decreasing vertical mixing in the Baltic Sea. However, the magnitude of changes shows a strong sensitivity to assumptions about the wind stress reduction at the sea surface, and the size of wind power expansion.
The wind farm scenarios are prepared in collaboration with the Swedish Agency for Marine and Water Management (SwAM) and are based on marine plans from Sweden’s neighbouring countries as well as new proposals for suitable wind power areas that SwAM will present to the government in 2024. In one scenario, Scenario 1, it is assumed that there will be offshore wind in all proposed areas, while in the second scenario, Scenario 2, it is assumed that only 50% of areas will be developed. Both scenarios represent large offshore wind power developments that will probably not be realized in reality. The scenarios have been investigated by running an ocean model for the Baltic Sea and the North Sea with and without wind power for the period 1985 – 2016 to evaluate how different the sea would have looked if the wind power had been built in 1985 according to the scenarios.
There is still lack of knowledge about how wind farms affect the wind at the sea surface, so this work is based on studies of existing wind farms in the North Sea, where studies show a reduction of the wind by around 8% and an area that extends about 30 km behind the wind farm under stable atmospheric conditions. When the atmosphere is unstable, which it often is in winter, the reduction is less. In order to get an estimate of the largest and smallest possible impact of wind power on the sea, we have therefore, for both scenarios, assumed that the reduction of wind only exists in summer and no reduction during winter (minimum possible impact), or that the reduction exists all year round (upper limit of impact).
The magnitude of expected changes is very dependent on the assumptions on the wind wakes, and the response is much smaller for the minimum possible impact than for the upper limit impact. The real response for these scenarios probably lays somewhere in between these estimates.
For the scenario with less wind farms in Swedish waters (Scenario 2), the influences on salinity, temperature, and halocline are reduced relative to Scenario 1 in a manner that may be expected from the difference in total wind farm areas in the Baltic Sea in the two scenarios.
The model results also show that the wind power foundations (modelled as bottom mounted) cause a salinity decrease in the Baltic Sea deep water, probably due to increased friction and mixing in the entrance region to the Baltic Sea. This effect is much smaller than the wind wake effect when it is active during the whole year.
The Baltic Sea surface salinity, surface temperature, and currents show much smaller and less robust changes than the salinity and temperature changes in the deepwater.
Sammanfattning
SMHI har för två framtidsscenarier för utbyggnad av havsbaserad vindkraft i Östersjön och Nordsjön undersökt hur hydrografin, det vill säga temperaturer, salthalter, strömmar och skiktning, kan påverkas av minskad vindpåverkan på havsytan och av ökad friktion och turbulens i vattnet från vindkraftsfundament.
Resultaten visar att en omfattande utbyggnad av vindkraften i Östersjön kommer att orsaka en grundare haloklin, samt ökade salthalter och temperaturer i djupvattnet på grund av minskande vindar bakom vindkraftsparkerna som leder till minskad vertikal blandning i Östersjön. Förändringarnas storlek visar dock på en stark känslighet för antaganden om hur vindkraften påverkar vinden vid havsytan samt storleken på vindkraftsutbyggnaden.
Vindkraftsscenarierna har tagits fram i samarbete med Havs- och Vattenmyndigheten (HaV) och bygger på havsplaner från Sveriges grannländer samt nya förslag på lämpliga vindkraftsområden som HaV ska presentera för regeringen 2024. I ett scenario, Scenario 1, antas det finnas havsbaserad vindkraft i alla föreslagna områden, medan det i det andra scenariot, Scenario 2, antas att endast 50 % av dessa områden kommer att utvecklas. Både scenarierna representerar stora utbyggnader av havsbaserad vindkraft, som förmodligen aldrig kommer att realiseras. Scenarierna har undersökts genom att köra en havsmodell för Östersjön och Nordsjön med och utan vindkraft för perioden 1985 – 2016 för att utvärdera hur annorlunda havet skulle ha sett ut om vindkraften hade byggts 1985 enligt scenarierna.
Det saknas fortfarande kunskap om hur vindkraftsparker påverkar vinden vid havsytan, så detta arbete baseras på studier av befintliga vindkraftsparker i Nordsjön, där studier visar en minskning av vinden med cirka 8 % och en yta som sträcker sig cirka 30 km bakom vindkraftsparken under stabila atmosfäriska förhållanden. När atmosfären är instabil, vilket den ofta är på vintern, är minskningen mindre. För att få en uppskattning av största och minsta möjliga påverkan av vindkraft på havet har vi därför, för båda scenarierna, antagit att minskningen av vind endast finns på sommaren och helt uteslutit påverkan under vintern (minsta möjliga påverkan), eller att minskningen existerar hela året runt (övre påverkansgräns).
Storleken på förväntade förändringarna är mycket beroende av antagandena om vindvaken, och responsen är mycket mindre för den minst möjliga påverkan än för den övre påverkansgränsen. Det verkliga svaret för dessa scenarier ligger förmodligen någonstans mellan dessa uppskattningar.
För scenariot med färre vindkraftsparker i svenska vatten (Scenario 2) reduceras påverkan relativt Scenario 1 på ett sätt som kan förväntas utifrån skillnaden i totala ytan av vindparksområden i Östersjön i de två scenarierna.
Modellresultaten visar även att vindkraftsfundamenten (modellerade bottenfasta) orsakar en minskning av salthalten i Östersjöns djupvatten, troligen på grund av ökad friktion och blandning i mynningsområdet av Östersjön. Denna effekt är mycket mindre än vindvakseffekten när den är aktiv hela året.
Östersjöns ytsalthalt, yttemperatur och strömmar visar mycket mindre förändringar än förändringarna i salthalt och temperatur i dess djupvatten.