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Was ist Windenergie?

Windradturbine

Die Windkraft bietet die Möglichkeit, Energie zu erzeugen, ohne Schadstoffe auszustoßen. Lediglich für die Herstellung der Anlage und deren Aufstellung und Wartung wird Energie benötigt, wodurch auch Emissionen auftreten. Die Nutzung ist jedoch sauber und bedarf keinerlei Kraftstoffe. Der so produzierte Strom kann zur Versorgung von Häusern genutzt werden, aber auch für die Erzeugung von Wasserstoff.

Eine einzige 1,5-MW-Anlage kann rund 1.000 Haushalte versorgen. Im Laufe einer 20-jährigen Nutzungszeit kann etwa 10 bis 15mal soviel Energie gewonnen werden, wie für die Herstellung der Anlage verbraucht wurde. Der Erntefaktor liegt damit bei ungefähr bei 12 bis 15 Monaten. Der Erntefaktor gibt an, wann ein System die Energiemenge erwirtschaftet hat, die für die eigene Produktion notwendig war. Bei konventionellen Kraftwerken beträgt dieser nur 0,3 bis 0,4, weil während des Betriebs ständig Energie in Form von Rohstoffen zugeführt werden muss. 

Der Wachstumsschub im Windenergie-Bereich wurde im Jahr 2000 durch die Novelle des 'Erneuerbare-Energien-Gesetzes' (EEG) ausgelöst. Diese Regelung garantierte den Windkraft-Anlagen-Betreibern für jede Kilowattstunde eine Vergütung von 9 Cent. Dies galt für eine Dauer von fünf Jahre ab der Inbetriebnahme. Danach wird der Betrag je nach Anlage verringert auf mindestens 6 Cent. Seit dem 1. Januar 2002 reduzierte sich die Vergütung für neu errichtete Anlagen jährlich um 1,5 %. Die Gesamtlaufzeit dieser geregelten Vergütung war maximal 20 Jahre.

Die Stadtwerke müssen als verantwortlicher Energieversorger den gesamten durch Windenergie-Anlagen erzeugten Strom abnehmen und entsprechend den gesetzlichen Maßgaben vergüten.

Teilweise sind die Stadtwerke zudem verpflichtet, den erzeugten Strom auch dann zu vergüten, wenn sie ihn nicht abnehmen. Obwohl die Windenergie selber noch nicht konkurrenzfähig gegenüber Kohle und Atomkraft ist, werden ihr so die erforderlichen Einnahmen zugesichert.

Mitte März 2001 folgte darüber hinaus ein Urteil des Europäischen Gerichtshofes in Luxemburg, der die deutsche Förderpraxis endgültig für rechtens erklärte. Diese Planungssicherheit überzeugte diverse große Energiekonzerne, in diesen Sektor zu investieren. 

Dr. Hans-Peter Ahmels, Präsident des Bundesverbandes WindEnergie(BWE), betonte auf der Hannover Messe 2002: 'Mit dieser Leistung lassen sich in einem normalen Windjahr rund 3,5 % des deutschen Stromverbrauchs decken.' 

Windenergie in Europa: In Europa folgen immer mehr Länder dem deutschen Weg. Nach Dänemark baut Spanien jetzt massiv die Windenergie aus und auch Frankreich will folgen. Beispiele dafür sind, dass im Frühjahr 2001 vertraglich besiegelt worden ist, dass in Italien ein neuer Windpark mit einer installierten Leistung von ca. 80 MW entstehen soll. Ein weiterer Windpark soll in der nordspanischen Provinz Aragon mit 132 Anlagen und 99 MW Leistung aufgebaut werden. Dänemark will bis zum Jahr 2030 rund 50 % des eigenen Stroms aus Windkraft erzeugen. 

Eine der weltweit größten Windkraftanlagen ist von Enercon und wurde seit Sommer 2002 in Egeln bei Magdeburg aufgebaut und erprobt. Der Prototyp der Anlage E-112 verfügt über eine Nennleistung von 4,5 MW und kann Strom für bis zu 15.000 Personen liefern. Allein der Betonturm erreicht bereits eine Höhe von über 120 m, die Rotorblätter sind über 52 m lang. Die drei Rotorblätter und die Gondel wiegen zusammen über 500 t. Nach Fertigstellung der Anlage sollen umfangreiche Tests vorgenommen werden, die in die Konstruktion einer zweiten Testanlage münden sollen. Erst nach Abschluss von Tests an einer zweiten verbesserten Anlage wollte ENERCON den Schritt in den Offshore-Bereich vornehmen, für den die Anlage konzipiert ist. 

Öffentliche Meinung: Die Mehrzahl der Deutschen befürwortet einen weiteren Ausbau der Windkraftnutzung. 89,2 % der Bevölkerung wollen nach einer vom Wirtschaftsverband Windkraftwerke in Auftrag gegeben repräsentativen Emnid-Umfrage vom März 2002, dass mehr Windkraftanlagen errichtet werden. Insgesamt 82,2 % der Befragten befürworten die Offshore-Windenergienutzung. 

Anteil der Windenergie an der Stromerzeugung

Der Startschuss für Windkraftanlagen in Deutschland fiel Anfang der Neunziger Jahre. 1991 standen gerade mal 623 Anlagen auf deutschem Boden. Innerhalb von acht Jahren wuchs diese Zahl um den Faktor zwölf an. Die Bundesrepublik liegt damit weit vor den USA (2.500 MW im Jahr 2000) und ist mittlerweile Windkraft-Exporteur Nummer eins, was sich auch auf die Anzahl der Arbeitsplätze in diesem Bereich auswirkt. So wird z. B. für Windkraftanlagen mehr Stahl verarbeitet, als in der gesamten deutschen Werftindustrie.

Mittlerweile ist Deutschland weltweit vor den USA (Sommer 2002: 4.250 MW) und Spanien (3.350 MW) sowie Dänemark (2.500 MW) führend in der Nutzung der Windenergie, sowohl was die Anzahl der Anlagen als auch das technische Know-how angeht. Die Hälfte der in Europa produzierten Windenergie wird in Deutschland erzeugt. Dies ist ein Drittel der weltweit hergestellten Windenergie (25.000 MW nach 17.500 MW im Jahr 2000).

Tab.: : Gesamtleistung in Deutschland in Megawatt

1990

1993

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

56

310

1094

1547

2082

2875

4444

6113

8750

?

Quelle: [Pötzl, 2001]

Tab.: : Anzahl der Windkraftanlagen in Deutschland

1999

2000

2001

2002

7800

9375

11465

?

Quelle: BWE

Tab.: : Prognose für 2006

Land

Prognose

Amerika

14.600 MW

Europa

55.000 MW

Asien

7.700 MW

Sonstige

3.000 MW

Weltweit

ca. 80.000 MW

Quelle: BWE 2002

Den größten Windstrom-Anteil gibt es bundesweit in Schleswig-Holstein. Dort können die insgesamt 2.230 Anlagen (1.407 MW) rund 25 % des Strombedarfs decken (Stand 11/2001). Nordrhein-Westfalen hält im Binnenland mit rund 1.250 Windenergie-Anlagen (WEA) und mehr als 720 MW installierter Leistung nach wie vor den Spitzenplatz bei der Nutzung der Windenergie.

Marktführer im Windsektor ist das Auricher Unternehmen Enercon mit einem Anteil von 36,2 % an der neu installierten Leistung. Es folgen Vestas Deutschland aus Husum (17,7 %), Nordex aus Hamburg (10,2 %), Enron Wind aus Salzbergen (9,6 %) und die NEG Micon Deutschland (9,0 %).

Ökostrom Windkraft - Nutzung und Entstehung der Windenergie

Rotorblatt einer Windkraftanlage.

Eine moderne Windkraft-Anlage der Megawatt-Klasse hat eine Nennleistung von 1,5 MW und einen Rotor-Durchmesser von 70 m. An einem durchschnittlichen Standort erzeugt solch ein Windrad im Jahr rund 3,5 Mio. kWh Strom. Dies ist ausreichend Energie für 1.000 Vier-Personen-Haushalte.

Das Problem, dass an Land zum Teil nicht mehr ausreichend viele Orte zum Aufstellen von Windkraftanlagen vorhanden sind oder genehmigt werden, wird auch durch 'Repowering' umgangen.

Repowering ist in der Windbranche der Fachbegriff für das Ersetzen von alten, kleinen Anlagen durch neue, große Anlagen. So hat beispielsweise der dänische Turbinenbauer NEG Micon eine Vielzahl von alten Anlagen in Amerika aufgekauft und stellt anstelle von 750 alten Einheiten mit einer Leistung von je 100 kW einhundert eigene Windräder aus der 750-kW-Klasse auf.

Viele der teilweise über zehn Jahre alten Windräder, die weniger als 200 kW haben, kommen für einen derartigen Austausch in Frage.

Problematisch ist dabei der Umgang mit den Zulassungen. Bei jedem Abriss erlischt automatisch die Baugenehmigung. Sind ausgewiesene Vorrangflächen für Windkraftanlagen bereits voll besetzt und wird ein Windrad demontiert, besteht kein Anspruch mehr darauf, dort wieder eine neue Turbine aufbauen zu können. 

Der Vorteil von großen, langsamdrehenden Anlagen ist, dass sie von der Bevölkerung positiver bewertet werden, da Probleme wie Geräuschemissionen und Schattenwurf verringert werden. 

Da die landgestützten Anlagen im Zuge der Weiterentwicklung und durch diese Repowering-Maßnahmen immer größer werden, werden die Hersteller-Firmen immer wieder mit neuen Windkraft-Problemen konfrontiert.

Je höher beispielsweise die Anlagen sind, desto größer muss verständlicherweise der Sockel-Durchmesser sein. Oberhalb von 85 m Turmhöhe übersteigt jedoch dieser Fuß-Durchmesser die im Allgemeinen mögliche Transportbreite von rund 4,50 m. Eine Möglichkeit zur Problemlösung ist, die gesamte Stahl-Konstruktion auf einen 10 m hohen Beton-Sockel zu stellen. 

Seit einigen Jahren bewährt sich jedoch das Verfahren, Windkraft-Anlagen auf sogenannten Ortbetontürmen zu errichtet. Enercon war die erste Firma, die im Jahr 1997 eine E-66 auf einer 98 m hohen Beton-Konstruktion installierte. Da die Beton-Bauweise vor Ort sehr stark witterungsabhängig ist, wird die Fertigbauweise mit Hilfe von einzelnen, vorgefertigten Segmenten bevorzugt. 

Die Einzelteile für eine E-66 sind knapp 4 m hoch. Das unterste von insgesamt 23 Segmenten weist einen Durchmesser von 7,50 m auf. Vor Ort werden diese nur noch aufeinander gestapelt und anschließend verspannt.

Regenerative Energie von Offshore Windkraftanlagen

Windräder

Die Zukunft verspricht weiter steigende Kapazitäten in der Windbranche. Der Anstieg des Anteils von Windkraft setzt jedoch voraus, dass die Offshore-Nutzung rechtzeitig mit einbezogen wird. Ein Großteil der von den Gemeinden für die Windenergie-Nutzung ausgewiesenen Flächen würden bereits genutzt. Bereits nach 2003 wird sich voraussichtlich das bisherige Wachstum ohne die Offshore-Nutzung verlangsamen.

Der Start der Offshore-Nutzung wird jedoch dazu führen, dass die zwischenzeitliche Verringerung bei den neu installierten Anlagen ab dem Jahr 2010 zu einem neuen Boom führte. Ab dem Jahr 2010 wird zudem das Repowering der bereits bestehenden Onshore-Anlagen zu einer Anhebung der landgestützten Windkraft-Leistung führen (von derzeit 8.750 MW im Sommer 2002 auf 20.000 MW im Jahr 2010).

Es liegen bereits über ein Dutzend Anträge für Offshore-Windparks vor und die ersten Arbeiten haben bereits begonnen. Durch die Nutzung der Offshore-Flächen in der Ost- und Nordsee könnte Deutschland im Jahr 2030 bis zu einem Drittel des benötigten Stroms über Windkraft abdecken.

Das Norddeutsche Offshore Konsortium beabsichtigte, eine 5-MW-Offshore-Anlage zu entwickeln, die über einen Rotordurchmesser von 110 m verfügt (Nabenhöhe 85 m). Die ausgereifte Anlage sollte im Jahr 2005 in hoher Stückzahl errichtet werden. Eventuell wurden bereits schon ab dem Jahr 2003 riesige Anlagen (bis zu 160 m hoch, 3 m höher als der Kölner Dom, Rotordurchmesser ca. 110 m, Leistung 5 MW) vor der Nord- und Ostsee-Küste aufgebaut werden und umweltfreundlichen Strom ans Festland liefern. Rund 2.000 dieser großen Windräder waren geplant, die gemeinsam vier große Atomkraftwerke ersetzen könnten. Forscher erwarteten, dass die Stromausbeute der Offshore-Anlagen um bis zu 40 % höher liegen könnte im Vergleich zu Onshore-Anlagen.

Windturbinen für die Offshore-Nutzung haben in der Regel eine Nennleistung zwischen 3 und 5 MW. Eine 5 MW-Anlage kann dank der hohen Windgeschwindigkeiten auf hoher See im Jahr rund 17,5 Mio. kWh Strom produzieren. Dies ist ausreichend Energie für 5.000 Vier-Personen-Haushalte.

Offshore-Anlagen sind beim Aufbau sowie im Betrieb wesentlich aufwendiger als landgestützte Anlagen. Als Einsatzgebiet eignen sich vornehmlich Gegenden mit einer begrenzten Wassertiefe von 15 bis 35 m. Tatsächlich in Frage kommt jedoch nur ein geringer Prozentsatz mit dieser Voraussetzung. Teilweise liegt die gewünschte Gegend im Nationalpark Wattenmeer, in einem ausgewiesenen Vogelschutzgebiet, in lokalen Fischgründen, nahe viel befahrener Schiffsrouten oder Übungsgeländen der Bundesmarine.

Offshore-Anlagenbau: Das Setzen der Fundamente muss mit Explosionsrammen erfolgen. Die Fundamente bestehen aus drei Stahlpfeilern, die etwa 10 bis 20 m tief in den Meeresboden getrieben werden müssen. Problematisch kann in diesem Zusammenhang die Schallausbreitung im Wasser werden. Der Lärm, der durch die Detonationen entsteht, kann Meerestiere aus ihren angestammten Lebensräumen vertreiben. Der Aufbau und auch die Wartung muss mit Schwimmkränen erfolgen, deren Nutzung extrem kostspielig ist. Hauptsächlich wegen der Preisfrage wird deswegen an Alternativen gearbeitet, bei denen sich die Anlage sozusagen selber aufbaut. Dafür sollen Schienen an den Mast angebaut werden, mit deren Hilfe eine Gondel bzw. Hebebühne hoch und runter fahren kann und somit alle Segmente aufeinander setzt. Rund ein Viertel der Kosten von Windparks entfallen auf die Verlegung der Seekabel, um den Strom ins Festland-Netz einspeisen zu können.

Eine große Herausforderung stellt noch die Zuverlässigkeit der Anlagen dar. Reparaturarbeiten können beispielsweise notwendig werden, wenn Stürme, Eisschollen oder meterhohe Wellen Beschädigungen an Fundamenten oder Anlagen hervorgerufen haben. Die Widerstandsfähigkeit gegen derartige Einflüsse sowie die Wartungs- und Reparaturlogistik können ausschlaggebend sein für den Erfolg oder Misserfolg dieser Technologie.

Probleme bereiten die Auswirkungen auf die Vogelwelt. Einige der geplanten Einsatzgebiete sind wichtige Winterquartiere oder Rastplätze für Meeres- und Zugvögel. Befürchtungen gehen in die Richtung, dass die Rotorblätter womöglich als gigantische Vogelscheuchen fungieren und eventuell sogar Scharen von Zugvögeln erschlagen könnten. Erfahrungen von Anlagen an Land bzw. direkt vor der Küste deuten jedoch eher daraufhin, dass die Vögel um die Anlagen einen großen Bogen machen.

Bedenkenträger wenden darüber hinaus ein, dass es zu Schiffshavarien kommen kann, dass die Rettung Schiffsbrüchiger zwischen den Anlagen per Helikopter erschwert wird, dass Fischschwärme vertrieben werden oder das Urlaubsregionen abgewertet werden.

Derzeit gibt es weltweit mehrere maritime Windkraft-Projekte, drei in Dänemark, drei in Schweden, zwei in den Niederlanden und eines in England. Den Anfang machten Anfang der 90er-Jahre zwei Windparks an der Ostseeküste Dänemarks: Vindeby (11 Anlagen mit je 450 kW) und Tunø Knob (10 Anlagen mit je 500 kW). Im niederländische Ijsselmeer gibt es seit Mitte der 90er-Jahre zwei Projekte (4 x 500 kW und 28 x 600 kW). 1997 folgte der Windpark 'Bockstigen' vor Gotland in Schweden (5 x 550 kW). Anfang 2000 kamen die Windparks 'Blyth' bei Newcastle/England (2 x 2 MW) sowie 'Utgrunden' (7 x 1,5 MW), 'Yttre Stengrund' (5 x 2 MW) und 'Middelgrunden' (20 x 2 MW) in Schweden hinzu.

Im November 2001 wurde vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie das erste Offshore-Projekt in Deutschland genehmigt. Rund 45 km nördlich von der Insel Borkum errichtete die Prokon Nord GmbH aus Leer im Jahr 2003 in einer Pilotphase zwölf Windturbinen mit jeweils 5 MW Nennleistung. Insgesamt liegen beim Bundesamt in Hamburg viele Anträge mit einer Gesamtleistung von übermehreren MW vor.