Windkraftanlage

Was ist Windkraft?

Die Windenergie ist die Bewegungsenergie der Luftmassen, die seit der Antike durch den Menschen nutzbar gemacht wird, etwa durch Segel oder Windmühlen. Bereits seit Ende des 19. Jahrhunderts wird Windenergie auch zur Stromerzeugung eingesetzt. Die Windenergie zählt zu den erneuerbaren Energien.

Nach gegenwärtigem Stand der Speicher- und Netztechnologien wird das Potenzial der Verstromung von Windenergie, also der maximale Anteil, den Strom aus Windenergie am deutschen Strommix haben könnte, auf 20-25% geschätzt. 2008 betrug dieser Anteil 6,5%. Die Tendenz ist seit Jahren anhaltend steigend. Unter den erneuerbaren Energien nimmt die Windenergie in Deutschland den Spitzenplatz in der Stromerzeugung ein. 2008 stammten 43,5% des aus erneuerbare Energien bereitgestellten Stroms in Deutschland aus der Windenergie.

Im internationalen Vergleich findet sich in der Bundesrepublik Deutschland mit 23.900 Megawatt (im Jahr 2008) die zweitgrößte installierte Kapazität für Windenergie. Nur in den USA ist dieser Wert mit 25.000 MW geringfügig höher.

Wie funktionieren Windkraftanlagen?

Strom aus Windenergie wird über Windkraftanlagen gewonnen. Die Umwandlung erfolgt weitgehend direkt, indem die Rotoren – die Flügel eines Windrads, das über einen Durchmesser von bis zu 120 Metern verfügen kann – durch den Wind in Drehung versetzt werden. Die entstehende Bewegungsenergie wird in einem angeschlossenen Generator zu elektrischem Strom umgewandelt.

Das Aufkommen des aus Windkraft gewonnenen Stroms hängt maßgeblich von der Windstärke ab. Die Stärke des Windes – gemessen in Beaufort auf einer Skala von Beaufort 0 (Windstille) bis Beaufort 12 (Orkan) – ist eine komplexe Funktion aus Sonneneinstrahlung, Rotation der Erde und lokalen Gegebenheiten. Die Stärke des Windes an einem gegebenen Ort schwankt daher beträchtlich. Windkraftanlagen können nicht bei zu starkem Wind betrieben werden. Bei Windstärken über 8 Beaufort werden Windräder abgeschaltet, um sie vor Überlastung zu schützen. Nach Angaben des Instituts für Solare Energieverorgungstechnik (ISET) der Universität Kassel stehen insgesamt nur rund 15 % der installierten Windleistung in mehr als der Hälfte der Jahresstunden zur Verfügung, für Offshore-Parks gelten höhere Werte.

Das Aufkommen des aus Windenergie gewonnenen Stromes ist also variabel und kann über einen längeren Zeitraum nur näherungsweise kalkuliert werden. Strom aus Windkraft ist daher weder spitzenlastfähig noch grundlastfähig, sondern immer ergänzender Teil in einem Strommix.

Stromversorgung aus Windenergie ist aufgrund der Schwankungen des Stromaufkommens in besonderer Weise von Speichertechnologien abhängig. Für Deutschland gilt zudem, dass Windenergie vor allem im Norden des Landes verfügbar ist, die Zentren des Strombedarfs aber vor allem im Westen und Süden liegen, was besondere Anforderungen an den Ausbau von Leitungsnetzen stellt.

Vor- und Nachteile auf einen Blick

Vorteile
  • Strom aus Windenergie ist im Vergleich mit Strom aus anderen erneuerbaren Energiequellen günstig und niedrig subventioniert: Nach gesetzlicher Regelung erhalten Betreiber von Windparks rund 5-13 Cent pro Kilowattstunde – unter günstigen Bedingungen ist Windstrom also kaum teurer als fossiler oder Atomstrom. 

  • Windenergie wird kostenfrei und auf Dauer geliefert. Die Energie muss nicht aus anderen Ländern importiert werden.

  • Der Materialaufwand zum Aufbau einer Windkraftanalage ist zwar - bezogen auf die erzeugte Energie - höher als bei fossilen oder Kernkraftwerken, aber kleiner als bei anderen erneuerbaren Energien.

Nachteile
  • Großflächige Windparks werden aus Perspektive des Landschaftsschutzes beziehungsweise von Anwohnern aus ästhetischen Gründen häufig kritisch gesehen. Auch der „Vogelschlag“ (die Tötung von Vögeln durch Zusammenprall mit den Rotoren) oder eine befürchtete Störung der Meeresökologie durch Offshore-Parks führen manchmal zu einer ablehnenden Haltung.

  • Windaufkommen und Windstärke sind sehr wechselhaft – das Stromaufkommen aus Windparks reicht von Netzüberlastung bei starkem Wind bis Unterversorgung bei Windstille oder Orkan. Um die Stromversorgung sicherzustellen, müssen bei einer intensiven Windkraftnutzung entweder in großem Umfang Ersatzkapazitäten von gut regelbaren Kraftwerken (wie z.B. Gaskraftwerke oder Biomassekraftwerke) bereitstehen, oder es müssen Wege zur effizienten Stromspeicherung in großem Stil gefunden werden. 

  • Die Situation in Deutschland könnte bei weiter wachsendem Anteil von Windenergie zugleich einen starken Ausbau der Netze erforderlich machen: Windparks haben ihren regionalen Schwerpunkt in Norddeutschland, der Strombedarf ist tendenziell am größten im Süden und Westen.

 
Windkraft aus Nutzersicht

Windkraft gilt als eine der hauptsächlichen erneuerbaren Energiequellen. In Deutschland führt sie die Liste der erneuerbaren Quellen zur Stromerzeugung sogar an. Der Preis von Windkraft ist dabei im Vergleich mit anderen erneuerbaren Energien günstig. Damit ist Windkraft auch die Energieform, die nach dem Erneuerbare-Energien-Gesetz am geringsten subventioniert werden muss.

Windkraft, ergänzt um die Möglichkeiten großer Offshore-Windparks, also Windparks, die in Küstennähe aus dem Meer ragen, wird als Zukunftsmodell der Energieversorgung anerkannt. Die Akzeptanzwerte für Windparks sind in Deutschland insgesamt auf stabilem Niveau hoch. Allerdings gibt es auch gegenüber Windparks Einwände, vor allem von Anwohnern. Als störend werden oft der ästhetische Eindruck („Verspargelung der Landschaft“), Lärm und die Zerstörung natürlicher Lebensräume besonders für Vögel kritisiert. Untersuchungen zeigen, dass die Akzeptanz stark mit dem gewählten Ort eines Windparks schwankt – in Naturlandschaften ist sie lokal gering, in Industrielandschaften oder etwa Deichanlagen ist sie dagegen weitgehend hoch.

Windkraft vernetzt gedacht

Windkraft zählt zu den ältesten Formen menschlicher Energienutzung. Einfache Windmühlen und Segel sind schon aus der frühen Antike bekannt. Durch die Geschichte der Menschheit hindurch liegt in der Windkraft ein Autonomieversprechen. Ein Schiff etwa, alleine auf dem Meer, kann durch Wind angetrieben werden. Der Erfinder Charles F. Brush konzipierte bereits 1890 eine elektrische Windkraftanlage zur Eigenversorgung seines Hauses.

Das Prinzip NIMBY („Not in my backyard“) gilt auch für Windkraftanlagen: So bezeichnen Sozialforscher die verbreitete Einstellung, Kraftwerke seien gut, solange sie nicht ausgerechnet „im eigenen Hinterhof“ entstünden. Kann man von Befürwortern einer Technologie verlangen, auch die negativen Auswirkungen der Nachbarschaft zu einem jeweiligen Kraftwerk zu akzeptieren?

Eine Windkraftanlage als Ausflugsziel? Die Windanlage im Schweizerischen Jura und das dazu gehörende Informationszentrum werden jährlich von 50.000 Menschen besucht. Die Windkraftanlagen sind dort auch lokal stark akzeptiert und machen geradezu eine Attraktion der Gegend aus.

Die Flügel einer Windkraftanlage können gegenwärtig bis ca. 60 Meter lang sein. Weltrekordsprinter Usain Bolt bräuchte für diese Strecke immerhin 5,75 Sekunden.

Verknüpfung zum Spiel

Sich drehende Windräder prägen ganze Landschaften von Energetika, jedenfalls wenn du es willst: Windparks können unabhängig von Flüssen relativ preisgünstig gebaut werden. Anwohner können jedoch unzufrieden reagieren, auch wenn Windkraft allgemein gut akzeptiert ist. Windkraftanlagen sind oft klein und dezentral – zur besseren Spielbarkeit wurden sie in Energetika zu Großparks von 300 MW Leistung zusammengefasst. Damit gehören sie in Energetika noch immer zu den kleinen Kraftwerken mit geringer, aufgrund wechselnder Winde oft schwankender Leistung. Diese Schwankungen können am besten durch den Bau von Speichern - Wasserpump- oder Druckluftspeichern - und die Erforschung neuer Stromnetze wie "Hochspannung-Gleichstrom-Übertragung" (HGÜ) oder "Smart Grids" ausgeglichen werden. Wenn Windkraft in deinem Strommix einen großen Anteil hat, sind Speicher und moderne Netze besonders wichtig.

Windparks sind die am schnellsten errichteten Kraftwerkstypen, auf Land drehen sich die Rotoren schon nach nur einem halben Jahr. Durch Forschung ist der Bau von "Windparks 2" möglich, deren Bau günstiger ist. Wenn du erneuerbare Energien erforschst, kannst Du an einem späteren Zeitpunkt im Spiel Offshore-Windparks bauen, also Windräder ins Meer nahe der Küste von Energetika setzen. Sie liefern durchschnittlich mehr Strom bei leicht geringeren Akzeptanzproblemen. Ihre Bauzeit ist aber wegen technischer Hürden ein ganzes Jahr, ihr Preis ist auch deutlich höher als der von auf Land gebauten Onshore-Anlagen.



Weiterführende Links

Informationsportal zur Windenergie des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit:
http://www.erneuerbare-energien.de/inhalt/4591/

Umfassende Studie des Bundesministeriums für Umwelt, Naturschutz und Reaktorsicherheit zu erneuerbaren Energien in Deutschland, 2008:
http://erneuerbare-energien.de/files/erneuerbare_energien/downloads/application/pdf/broschuere_ee_zahlen.pdf

Internationaler Vergleich der Kapazitäten für Windenergienutzung, 2009:http://www.gwec.net/fileadmin/documents/PressReleases/PR_stats_annex_table_2nd_feb_final_final.pdf

Portal „Windenergie“ der Agentur für erneuerbare Energien:
http://www.unendlich-viel-energie.de/de/windenergie.html

Übersicht über die Technik der Verstromung von Windenergie der Ruhr-Universität Bochum, 2003:http://www.energieforum.ruhr-uni-bochum.de/Energietag/4_Wagner_Strom%20aus%20Wind.pdf

Forum zur Windenergienutzung in Deutschland der Universität Kassel: 
http://reisi.iset.uni-kassel.de/pls/w3reisiwebdad/www_reisi_page_new.show_page?page_nr=155&lang=de

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