Erneuerbare Energien: Windkraft

Der Anblick von Windkraftanlagen gehört zumindest im norddeutschen Raum mittlerweile zum Landschaftsbild, so wie einst die Windmühlen. Die Windenergie ist mehr als alle anderen Erneuerbaren Energien an der Erzeugung regenerativen Stroms beteiligt. Mit neuer Technik lässt sich ihre Effizienz und ihr Beitrag zur Energiewende in Zukunft sogar noch erhöhen.

Autor RESET , 18.12.11

Windenergie ist die kinetische Kraft die entsteht, wenn Luftmassen bewegt werden. Der Auslöser ist die auf der Fläche unterschiedlich verteilte Sonneneinstrahlung, durch die die Luftmassen unterschiedlich stark erwärmt werden und sich ungleich ausdehnen und aufsteigen oder absinken. Zum Druckausgleich weht dann der Wind.

Im Jahr 1990 wurden in Deutschland die ersten kommerziellen Windkraftanlagen errichtet. Seitdem hat die Stromerzeugung aus Windkraft einen Siegeszug angetreten. Mit 40 % stellt die Windenergie heute den größten Anteil am erneuerbaren Strom in Deutschland (Quelle: Bundesverband für Erneuerbare Energie (BEE)).

Eine Verdopplung der bereits installierten Leistung an Windenergieanlagen an Land plus dem Neubau an Offshore-Anlagen auf See könnte gar ein Viertel des deutschen Stromverbrauchs abdecken (Quelle: Agentur für Erneuerbare Energien (AEE), Stand 2011).

Vom Wind zum Strom – Wie funktioniert das?

Bei einer Windenergieanlage werden durch die Bewegungsenergie des Windes Rotorblätter angetrieben. Wie bei einem Fahrraddynamo treiben diese einen Generator an, der den Strom erzeugt. Die Bauart der Rotorblätter ist, neben der Standortwahl, der entscheidende Punkt bei der Effizienz der Energiegewinnung. Ab einer Windgeschwindigkeit von circa 3 m/Sekunde kann mit einer Windkraftanlage Strom erzeugt werden (Quelle: AEE). (1)

Zwei Haupttypen von Windkraftanlagen gibt es in Deutschland, die Anlage mit Getriebe und die getriebelose Anlage (siehe Grafik). Bei modernen Anlagen können die Rotoren einen Durchmesser von gewaltigen 120 m annehmen und die Turmhöhe kann ebenfalls nochmal mehr als 120 m betragen, was der Länge eines Fußballfeldes entspricht (Quelle: AEE).

Die größten aktuell verfügbaren Anlagen (Stand 2013) besitzen Generatorleistungen von 5 bis 6 Megawatt. Innerhalb eines Jahres können sie die Strommenge produzieren, die 3.400 Haushalte verbrauchen. Die heutigen Anlagen sind damit 20 Mal effizienter als noch vor 20 Jahren (Quelle: AEE). (2)

Offshore-Anlagen sind Windkraftanlagen auf dem offenen Meer. Durch Seekabel können sie mit dem Stromnetz an Land verbunden werden. Der erste deutsche Offshore-Windpark war der 2009 fertiggestellte Windpark Alpha Ventus. Neben der technischen Forschung ist hier die Beobachtung von Wetter und Umwelt noch wichtiger, da die Umweltbedingungen im Meer extremer sind als an Land.

Nutzung in Deutschland

Im Jahr 2012 trug die Windenergie 8 % zur Stromerzeugung (erneuerbar und konventionell) bei. Bis 2020 soll der Anteil bei 30 % liegen (Quelle: DLR). Der Anteil der Offshore-Windenergieerzeugung soll bis 2030 eine Leistung von 20.000 bis 25.000 Megawatt ausmachen. (3)

Durch das sogenannte „Repowering“ können alte Anlagen durch neuere ersetzt und damit effizienter werden. Laut der Branchenprognose „Stromversorgung 2020“ kann die installierte Leistung bis 2020 auf etwa 45 Gigawatt verdoppelt werden, allein durch diese Maßnahme. Damit könnte mit weniger Windanlagen durch neue Technik mehr Strom produziert werden (BEE; AEE).

Durch den Ausbau der Offshore-Anlagen auf dem offenen Meer wird zusätzliche Windenergie gewonnen. Hier weht der Wind beständiger und die Windgeschwindigkeiten sind höher als an Land, weshalb offshore bis zu 40 % mehr Strom erzeugt werden kann. Derzeit ist die Anbindung dieser Anlagen mit Seekabeln allerdings noch nicht vollständig erfolgt, weshalb viele Stromproduzenten die Netzbetreiber drängen dies schnellstmöglich umzusetzen (Quelle: BEE).

Wegen der starken Nutzung der Küstengewässer kommen in Deutschland für die Offshore-Windenergie, nur Standorte in mehr als 30 km Entfernung zur Küste und mehr als 20 m Tiefe in Frage. Das erhöht die Anforderungen an die Technik aufgrund der starken Belastungen denen die Anlagen hier ausgesetzt sind. Inwieweit die Offshore-Windparks ausgebaut werden hängt auch davon ab, als wie umweltverträglich sie sich erweisen und wie schnell der Stromnetzausbau vorangetrieben wird (Quelle: AEE).

Wind lässt sich nicht speichern. Oder doch?

Der Wind hält sich nicht an unseren Strombedarf. Er weht wie er will und nicht unbedingt dann, wenn wir besonders viel Strom verbrauchen. Insbesondere eine Kombination aus Wind- und Sonnenenergie kann eine lückenlose Stromversorgung immer besser garantieren, was zum Beispiel eine Studie des Reiner Lemoine Instituts und der Solarpraxis AG aktuell bestätigt (Stand 2013). Aber was, wenn so viel Wind weht, dass zu viel Strom produziert wird? Bisher mussten die Windkraftanlagen dann abgeschaltet werden.

Ein neuer Ansatz -der gerade mit der weltweit ersten Anlage in Nordrhein-Westfalen in die Tat umgesetzt wird- bietet die Möglichkeit, immer dann, wenn Stromspitzen entstehen, also mehr Strom produziert als verbraucht wird, mit Hilfe des überschüssigen Windstroms Wasserstoff herzustellen. Das eingesetzte Verfahren hierbei ist die Elektrolyse. Derzeit sind diese Elektrolyse-Anlagen noch teuer, die Herstellungskosten können aber langfristig gesenkt werden.

Der produzierte Wasserstoff kann gespeichert werden und bei einer Windflaute der Stromproduktion dienen. Mit einer zugeschalteten sogenannten „Power to Gas“-Anlage kann der Wasserstoff bei Bedarf in das Erdgasnetz eingespeist oder zu Kraftstoff weiterverarbeitet werden (Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt).

Kritik

Das Argument, Windenergie sei zu teuer oder trage sich nur durch Subventionen, ist inzwischen mehr als widerlegt. Langfristig fallen die Kosten für Windstrom. Anders als bei Kohle und Atomkraft fließen keine Steuergelder, die Kosten werden durch den Strompreis auf alle Kunden verteilt (Quelle: AEE).

An der Kosteneffizienz wird auch weiterhin gearbeitet. Im Januar 2013 wurde der Forschungsverbund Windenergie gegründet, an dem mehr als 600 Wissenschaftler beteiligt sind. Ziel ist es, die Forschung an On- und Offshore Windanlagen voranzutreiben und wichtige Impulse zu setzen. Beispielsweise sollen intelligente Rotorblätter entwickelt werden, die robuster, aber auch leichter und aerodynamischer sind. Kosten und Energieausbeute werden dadurch weiter optimiert.

Ein weiteres Argument gegen Windkraftanlagen ist deren mögliche Beeinträchtigung von Vogelflugrouten. Es zeigt sich jedoch, dass das Risiko für Vögel oder auch Fledermäuse minimiert werden kann, wenn deren Ansprüche und Gewohnheiten bei der Standortwahl berücksichtigt werden (Quelle: NABU).

Nach Meinung mancher verschandeln Windräder die Landschaft. Dagegen zu argumentieren ist natürlich müßig. Ein Atommeiler, ein Kohlekraftwerk, eine Autobahn oder eine kilometerbreite Kohletagebaufläche sind optisch auch nicht besonders ansprechend. Wenn man sich den Nutzen, der in einem Windkraftpark steckt vor Augen führt, hat man vielleicht schon einen positiveren Blick. In etwa so, wie wenn man eine alte Windmühle in der Landschaft entdeckt.

Was bringt die Zukunft der Windenergie?

Kleinwindanlagen, die theoretisch jeder in seinem eigenen Garten installieren und zur Energieversorgung nutzen kann, könnten eine Möglichkeit der Windenergienutzung der Zukunft sein. Auch kleine Industrie- oder landwirtschaftliche Betriebe können diese Form der Energiegewinnung nutzen.

Der Bundesverband Kleinwindanlagen oder das Portal Kleinwindkraftanlagen bieten eine Übersicht. Die Entwicklung läuft auf Hochtouren und die neuen Kleinanlagen haben oft nur noch wenig mit den gewohnten Windrädern zu tun. Anbieter sind zum Beispiel Bersteff aus Meppen, RS-Energietechnik aus Teltow oder UniWind aus Burg.

Quellen und Links

Ariane Kujau/ RESET-Redaktion, 2013

Erneuerbare Energien: Sonnenenergie

Theoretisch könnte der weltweite Energiebedarf durch die Nutzung von Sonnenenergie auf einer 700 km2 großen Fläche in der Sahara gedeckt werden. Das Problem hierbei sind vor allem die weiten Transportwege. Aber auch wenn man das bei einem Blick aus dem Fenster an manchen Tagen nicht vermuten würde: sogar in Deutschland kann Sonnenenergie zur Gewinnung von Wärme und Strom genutzt werden.

Erneuerbare Energien: Geothermie

Geothermie oder Erdwärme ist von der Erde permanent produzierte Energie, die der Mensch durch gezielte Bohrungen anzapfen kann. Eine Bohrung an der richtigen Stelle liefert dauerhaft Wärme und Strom. Um die Wärme aus der Erde fest zu etablieren gilt es, die hohen Kosten der Bohrungen in Zukunft zu reduzieren.

Erneuerbare Energien: Wasserkraft

Dass Wasser eine enorme Kraft entfalten kann weiß jeder, der schonmal von einer Atlantikwelle umgerissen wurde. Oder es wird einem negativ bewusst, wenn von Hochwasserkatastrophen und Überschwemmungsereignissen berichtet wird. Diese Kraft des Wassers lässt sich positiv und vielfältig zur Energiegewinnung einsetzen.