Wozu wird die Windenergie heute Genutzt

Wofür wird die Windenergie heute genutzt?

So wird die Windenergie heute hauptsächlich zur Stromerzeugung genutzt. Die mit Abstand wichtigste Anwendung ist heute die Erzeugung elektrischer Energie mit Windkraftanlagen. Warum brauchen wir Windkraftanlagen, wenn wir bereits einen großen Teil der umweltfreundlichen Wasserkraft nutzen?

Winddaten

Warum benötigen wir Windenergieanlagen, wenn wir bereits einen großen Teil der umweltfreundlichen Energie aus Wasser haben?

In den Wintermonaten werden zwei Dritteln des aus Windenergie erzeugten Stromes produziert, was die Windenergie zur idealen Alternative zur Trinkwasserkraft macht. Mehr als ein Jahr betrachtet, findet der größte Strombedarf im winterlichen Bereich statt, d.h. in einer Zeit, in der die Stromerzeugung aus Wasser auf ein Mindestmaß zurückgeht. Über die Hälfe des Stromes stammt dann aus thermischen Kraftwerken, die mit Steinkohle, Erdöl oder Erdgas betrieben werden, oder aus Kernkraftwerken im Ausland.

Durch Stromsparmassnahmen und einen zielgerichteten Aufbau erneuerbarer Energiequellen könnte Österreich seine komplette Stromproduktion in ein zukunftsfähiges Netz umwandeln und auf die Verwendung fossiler Brennstoffe verzichtet werden.

Windkraftgeschichte

Die Windenergie gilt seit langem als umweltfreundliche, typischerweise deutschsprachige Spinnfabrik - und hat dennoch eine wechselvolle Vorgeschichte. Bis dahin wird in Deutschland nach der kühnen Vorhersage der schwarz-gelben Regierung zumindest jede dritte kWh Elektrizität aus Sonnenlicht, Windkraft, Wasser aber auch aus Biomassen erzeugt. Das, was vor zehn Jahren noch als verworrene Vorstellung von grünen Verrückten gegolten hat, ist heute ein nationales Ziel.

mw-headline" id="Windenergie_.E2.80.93_Stark_im_Aufwind">Windenergie - Stark im Aufwind

Windenergieanlage (Quelle: Ressource: Standorte: Anwendungen: Leistungsspektrum: Strompreise heute: Seit jeher wird der Strom vom Menschen genutzt. Alleine in Norddeutschland gab es um 1900 noch rund dreißigtausend MÃ?hlen. Nur wenn Strom in ganz Deutschland hinreichend und kostengünstig verfügbar war, verschwand er aus dem Alltag. Seit den 1950er Jahren haben deutsche Pioniere wie Ulrich Hütter erste Anstrengungen gemacht, um diese umweltfreundliche und ressourcenschonende Technik wiederzubeleben, aber erst die Ölkrise der 1970er Jahre und das gestiegene Umweltbewußtsein haben dazu beigetragen, die Nutzung der Windenergie in jüngster Zeit wieder zu beleben.

Bei modernen Windturbinen (WTG), auch Windturbinen (WTG) oder WEA s (WEA), wird anstelle des Widerstands-Prinzips das Auftriebs-Prinzip angewendet. Dabei ist der Fahrtwind nicht gegen den Fahrtwind gerichtet, sondern er generiert einen Lift, wenn er an den Rotorblättern der Windenergieanlage vorbeifließt, wie bei einem Fluggerät, das die Rotorblätter der Windenergieanlage in Drehung versetzen kann. Bestenfalls erzielen die modernen Windturbinen bereits einen Nutzungsgrad von 50 vH.

Das bedeutet, dass die modernen Windenergieanlagen bereits sehr nah am höchstmöglichen Energieertrag sind. Je nach Windstärke lassen sich vier verschiedene Betriebszustände einer Windenergieanlage unterschieden. Mit der dritten Kraft der Windstärke erhöht sich die Kraft, d.h. mit einer Verdoppelung der Windstärke erhöht sich die Kraft um das Achtfache. Bei steigender Windstärke wird die max. zulässige Generatornennleistung ausgenutzt.

Dabei wird die Maximalleistung des Systems durch die von ihm durchflossene Rotoroberfläche festgelegt und ist zunächst abhängig von der Schaufelanzahl. In Stall-gesteuerten Systemen führt die steife Lagerung und die fixe Geschwindigkeit der Lamellen dazu, dass die Durchströmung bei einer gewissen Windstärke abbricht. Auch bei weiter steigenden Windstärken absorbiert der Läufer nur eine annähernd gleichbleibende Kraft.

Bei pitchgeregelten Systemen hingegen werden die Laufschaufeln maschinell, d.h. um ihre Längsachsen gedreht. Im Vergleich zu stallgesteuerten Systemen erfordern solche Systeme einen erhöhten Konstruktionsaufwand, können aber mit einem niedrigeren Materialaufwand und einer größeren Ausbeute gebaut werden. Durch den einfachen Entwurf der stallgesteuerten Systeme kam es in den ersten Jahren zu einem breiten Einsatz dieser Systeme.

Bei zunehmender Größe der Anlage werden heute vermehrt pitchgesteuerte Systeme eingesetzt. Dann werden die pitchgesteuerten Systeme von der Stromversorgung abgekoppelt und die Laufschaufeln in die Fahnenposition gebracht. Stallgesteuerte Systeme werden strömungstechnisch mit Messerspitzenbremsen gestoppt. Unterschiedliche Eigenschaften der verschiedenen Windenergieanlagen sind unterschiedlich. Es wird vom Produzenten angegeben. Einige Turbinen starten bei niedrigen Windstärken und erzielen frühzeitig ihre Leistung.

Dagegen werden in Gegenden mit oft starkem Wind bevorzugt Turbinen verwendet, die ihre Bemessungsleistung erst bei höherer Geschwindigkeit erzielen und auch die Kraft von starkem Wind umwandeln. Wird in anderen Weltregionen die Windenergie in mechanischen Formen auch zum Pumpenantrieb genutzt, so werden heute in Deutschland Windenergieanlagen nur noch zur netzgebundenen Stromerzeugung genutzt.

Es wurden eine große Anzahl verschiedener Arten von Windenergieanlagen entwickelt. Die meisten Turbinen haben drei Laufschaufeln, da dies der beste Weg ist, die mechanische Belastung in den Griff zu kriegen, und rotierende Dreiflügelflugzeuge werden von den meisten Menschen als optischer ausgewogener wahrgenommen als ein- oder zweiflügelige Flugzeuge. In einigen Fällen werden die Systeme mit variablen Drehzahlen betrieben, so dass im Teillastbereich ein höherer Wirkungsgrad erzielbar ist.

Modernste Steuerungstechnik ermöglicht die Integration in das Netzwerk. In der Regel sind die Tragflächen selbst aus Plastik und in großen Systemen über 40 Meter lang. Mit einer Rotorfläche von 5.000 qm ist die größte auf dem Weltmarkt erhältliche Anlage, d.h. nahezu ein ganzes Fussballfeld, ausgestattet. Systeme mit einer Tragflächenlänge von rund 50 Metern sind in Vorbereitung.

Mit getriebelosen Systemen werden diese Schwierigkeiten vermieden, jedoch sind spezielle große, mehrpolige Stromerzeuger erforderlich. Ist der Synchron-Generator über einen Zwischenkreis an das Netz angebunden, kann dieser auch mit variabler Geschwindigkeit betrieben werden, allerdings ist dieser Schritt wieder verlustreich. Den gleichen Erfolg erzielt man, wenn man zwei Aggregate verschiedener Leistungen und Drehzahlen einsetzt, die je nach Last inbetriebnimmt.

Bei den grössten Windenergieanlagen haben die Turmhöhen über 90 Meter, und zusammen mit dem Trakt hat die Anlage dann eine Bauhöhe von über 130 Metern. Es hat sich gezeigt, dass der Sockel des Turms teilweise in der herrschenden Umgebungsfarbe erhalten bleibt, während er weiter oben mit nicht spiegelnden Farbtönen (hellgrau) bemalt ist.

Bei der technischen Weiterentwicklung von Windenergieanlagen in den vergangenen 20 Jahren stand vor allem der Bau immer grösserer Windenergieanlagen im Vordergrund, um Standortvorteile bei gutem Wind auszuloten. Während die Durchschnittsgröße der im Jahr 1987 errichteten Windenergieanlagen weniger als 50 Kilowatt beträgt, waren es 2001 mit 1,3 Megawatt mehr als das 20-fache.

Mit einer Generatorleistung von 3 Megawatt und einem jährlichen Ertrag, der dem Strombedarf von über 1.800 Privathaushalten entsprach, sind die zurzeit grössten Systeme auf dem Weltmarkt verfügbar. Heute werden die in Vorbereitung befindlichen Kraftwerke der neuen Generationen eine Kapazität von 4 bis 5 Megawatt haben. Erhebliches Verbesserungspotenzial wird bei der weiteren Entwicklung der Windenergieanlage noch in Sicht.

Darüber hinaus wird an einer weiteren Reduzierung der Lärmemissionen mit Hochdruck gefeilt. Mit der Verknappung der Flächen für den weiteren Aufbau der Windkraftnutzung an Land wird das große Potential auf dem Meer (Offshore) nun erschlossen. Die Potentiale für die Nutzung der Offshore-Windenergie sind beträchtlich: Aus heutiger Perspektive scheint es möglich, auf lange Frist Windkraftanlagen mit einer Gesamtleistung von bis zu 15.000 Megawatt in der Bundesrepublik Deutschland und in der AWZ zu bauen.

Die Jahresstromausbeute wird auf 85 bis 100 kWh veranschlagt und würde damit 15% des aktuellen Stromverbrauches in Deutschland entsprechen. Um die Windenergie auf See nutzen zu können, müssen die Bedingungen für den Stromtransport auf hoher See über ausreichend Seekabelkapazitäten und eine entsprechende Verbindung zum Festland geschaffen werden.

Verglichen mit Staaten wie Dänemark oder Schweden sind in Deutschland aufgrund der begrenzten Platzverhältnisse besonders große Gewässertiefen und große Küstenentfernungen geeignet. Neben ökonomischen Gesichtspunkten müssen bei der Wahl des Standortes auch die Interessen des Natur- und Naturschutzes, aber auch der Schiffahrt, der ökonomischen Verwendung (z.B. Fischfang, Bodenschätze) und der Militärnutzung berücksichtigt werden.

Die Nutzung der Windenergie auf dem Meer ist ein groß angelegter und langfristiger Eingriff in die marine Umwelt und die Folgen von OffshoreWindparks auf die marine Umwelt sind bisher nur mit Unsicherheit vorhersehbar, so dass ein schrittweiser Aufbau unter Beachtung des Vorbeugeprinzips anstrebt. Die weitere Expansion in der Zukunft erfordert ein gutes Resultat hinsichtlich der Umwelt- und Umweltverträglichkeit der ersten Werke.

In der Baugrößenklasse zwischen 500 und 1500 Kilowatt liegt die spezifische Investitionssumme für Systeme zwischen 800 und 900 Euro/kW. Den geringsten Anteil an Systemkosten haben zurzeit Systeme zwischen 600 und 750 Kilowatt. Im Vergleich zu kleinen Werken werden Kosteneinsparungen durch Skaleneffekte erzielt. Bereits seit Anfang der 1980er Jahre sind die Einzelkosten von Windenergieanlagen auf weniger als ein drittel des Ausgangswertes gefallen (siehe Grafik: Entwicklung der Windenergieanlagen).

Die Stromerzeugungskosten liegen unter Einbeziehung der Betriebs- und Instandhaltungskosten zwischen 5,5 und 13 Cent/kWh bei den üblichen jährlichen Windgeschwindigkeiten von 5 bis 6 m/s an der Ostküste und 4 bis 5 m/s (50 Meter über Grund) an gut gelegenen Binnenstandorten. Abhängig von der Küstennähe und der Gewässertiefe am Ort können die zusätzlichen Investitionen für den Netzanschluss und die Errichtung eines OffshoreWindparks bis zu 200 Prozent des Kaufpreises der Windkraftanlagen aufbringen.

Weil die Mehrkosten in erster Line von der Tiefe des Wassers und der Distanz zur Meeresküste und weniger von der Grösse der Windkraftanlage abhängen, sind die grösstmöglichen Turbinen vorgesehen. Aufgrund der großen Netzanbindungskosten wird ein Offshore Windpark wesentlich grösser sein als sein Pendant an der Landseite. Wie bei der großflächigen Nutzung der Offshore-Windenergie an Land wird in Deutschland ein großes Kosteneinsparungspotenzial gesehen, so dass die Stromgestehungskosten aus Offshore-Windparks nachhaltig gesenkt werden können.

In Verbindung mit der zunehmenden Windenergienutzung gab es in den vergangenen Jahren auch Anfragen zur Umweltfreundlichkeit der Windenergie. Um eine solche Debatte zu führen, müssen die Vor- und Nachteile von Windenergie gegen die der Alternative abgewogen werden. Besonders zu beachten sind die Umweltschäden, die durch die Windenergieanlage an anderer Stelle umgangen werden.

Durch die Windenergienutzung kann die Umgebung durch Lärmemissionen, Störungen der tierischen Welt (insbesondere von Vögeln ) und durch die Beeinträchtigungen der Landschaft belastet werden. Im Vergleich zu den ersten Jahren der Windkraftnutzung wurden die Schallemissionen der modernen Windenergieanlagen durch strömungstechnische Optimierungen, Schalldämmung der Gondel und den Wegfall bestimmter Komponenten deutlich reduziert. Schalleistungspegel in der Grössenordnung von 100 dB werden heute oft unmittelbar an der Strecke erfasst.

Bei einem Abstand von 500 Metern, dem minimalen Abstand, den Windenergieanlagen in der Regel zu Wohnbereichen einzuhalten haben, ist das System nahezu unhörbar. Oft ist das Naturgeräusch des Winds auch stärker als die Systemgeräusche. Langzeitbeobachtungen haben ergeben, dass Flugvögel während des Tages Windräder meiden und nur in Ausnahmefällen Vogelverluste auftreten.

In dunkler Nacht und in dunkler eminenter Nacht kann es jedoch vorkommen, dass Wandervögel gegen alle Arten von Hindernisse springen, d.h. nicht nur gegen Strom- und Übertragungsmasten, sondern auch gegen Windenergieanlagen. Rotierende Kreisel werden von den Tieren durch Änderungen der Luftströmung vor den Systemen erfasst und können so auch bei schlechten Sichtverhältnissen umströmt werden.

Dennoch sollten Windenergieanlagen nicht in den Hauptstrecken der Zugvögel installiert werden. Gleichermaßen dürfen Systeme nicht in Schutzgebieten installiert werden. Weil für den Bau einer Windenergieanlage immer eine Bewilligung eingeholt werden muss, wird diese immer überprüft. Für Windenergieanlagen mit drei oder mehr Turbinen ist seit 2001 eine UVP-pflichtig. Die Einflüsse von Windenergieanlagen auf die Landschaft werden anders beurteilt.

Manche betrachten dies als eine Negativveränderung der Landschaften, andere als eine Bereicherung unserer kulturellen Kultur, die bereits von Menschen in anderer Gestalt mitgestaltet wurde. Durch die während der Laufzeit einer Windenergieanlage entstehende Energiemenge wird die Verfeuerung einer großen Kohlemenge in einem herkömmlichen Heizkraftwerk vermieden, die beim Aufstauen fast die Größe der Windenergieanlage hat.

Vielleicht wird es den Kritikerinnen und Kritiker aber einfacher fallen, die Windenergie zu nutzen, wenn sie die ökologische Bedeutung der Windenergie berücksichtigen. Beispielsweise kann eine Windenergieanlage mit einer Kapazität von 1,5 Megawatt über ihre 20-jährige Nutzungsdauer rund 64.000 t CO2-Emissionen vermeiden. Gestapelt bilden diese Mengen an brauner Kohle einen Berg, dessen Spitze mit der des Windrades zu vergleichen ist.

Daher ist es Sache der Raumordnung und damit der Länder, die unterschiedlichen Umwelt- und Naturschutzaspekte unter Berücksichtigung der örtlichen Verhältnisse abwägen und sowohl prioritäre als auch geeignete Flächen für die Windenergienutzung und Flächen, die für die Windenergienutzung nicht in Frage kommen, identifizieren.

Die Umweltbeobachtung in den ersten Pilotanlagen auf hoher See wird dazu beitragen, die Auswirkung der niederfrequenten Lärmemission auf die marine Fauna besser zu erfassen. Hinsichtlich des angestrebten allmählichen Ausbaus der Windkraftnutzung auf hoher See identifizierte die Regierung mittlerweile auf der Grundlage der aktuellen Datensituation erste Niedrig-Konfliktgebiete, die unter den aktuellen Rahmenbedingungen als besonders geeignet für die Anfangsphase und die erste Ausbaustufe gelten.

Sogar in Gegenden, die den Charakter eines De-facto-Vogelschutzgebietes haben, ist der Bau von Windenergieanlagen nicht möglich. Bereits seit Jahren steigt die Windkraftkapazität in Deutschland deutlich an. Im Jahr 2001 wurden neue Windenergieanlagen mit einer Gesamtleistung von 2.659 Megawatt in Dienst gestellt. Bis Ende 2001 waren damit 11.400 Windenergieanlagen mit einer Gesamtleistung von rund 8.750 Megawatt installiert.

Kein anderes Bundesland der Welt hat mehr Windenergieanlagen als Deutschland. Über die Hälfe der gesamten Kapazität befindet sich in den windigen Anrainerstaaten. Schleswig-Holstein kann bereits heute rund ein Viertel seines Energiebedarfs aus Windkraftwerken abdecken. Aber auch im Inland hat die Windenergienutzung durch die zunehmende Technologieentwicklung der vergangenen Jahre zulegte.

Windenergieanlagen im Inneren Deutschlands können rund 50 Milliarden Kilowattstunden pro Jahr, also etwa 10 Prozent des Stromverbrauchs in Deutschland, decken. Die Potenziale für den Bau deutscher Offshore Windparks werden auf bis zu 100 Terawattstunden pro Jahr veranschlagt.

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