Möglichkeiten und Potential der Windenergie

Wind gilt als saubere Energiequelle ohne Schadstoffausstoß und deshalb als große Hoffnung für die Energiewende und den Schutz der Natur. Zu wesentlichen Teilen stimmt diese Einschätzung, die Details sind aber doch etwas weniger einfach und deshalb lohnt sich ein genauerer Blick auf diese Technologie zur Nutzung der Energien des Windes . Die Antworten auf manche Fragen gelten auch nicht universell, sondern müssen auf die jeweils herrschenden örtlichen Bedingungen angepasst werden.

Was versteht man unter Windenergie?

Definition der Windenergie

Unter Windenergie versteht man die Nutzung von Wind, also von durch Druckunterschiede in Bewegung gesetzte Luftmassen in der Natur, als Energiequelle. Letztlich stammen diese Energien von der Sonne, da nicht alle Teile der Erdoberfläche und der Atmosphäre gleichmässig von der Sonneneinstrahlung erwärmt werden und so die Druckunterschiede entstehen. Heute wird Windenergie fast ausschließlich zur Erzeugung von elektrischem Strom eingesetzt. Der Wind bewegt Rotorblätter eines Windrads bzw. einer Windenergieanlagen, die wiederum einen Generator antreiben.

Geschichte der Energie des Windes

Die Verwendung von Windkraftanlagen ist seit dem frühen Mittelalter gesichert und könnte noch wesentlich weiter in die Geschichte zurückreichen. Bis ins 19. Jahrhundert war das Mahlen von Getreide eine der Hauptanwendungen von Windkraft. Erwähnt werden sollte aber auch die Anwendung von Windenergie auf Fortbewegungsmittel. Bis zum Aufkommen der Dampfschiffe im 19. Jahrhundert waren Segelschiffe die einzige Möglichkeit für Transporte nach oder aus Übersee. Alle Entdeckungsfahrten um das Jahr 1500 waren nur mit Windantrieb möglich. Nach etwa 1880 wurden viele Windräder durch andere Kraftquellen ersetzt. Seit den 1970er Jahren trat mit der Ölkrise die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verstärkt in den Vordergrund und man begann, nach gut erschließbaren erneuerbaren Energiequellen zu suchen. Seit den frühen 90er Jahren ist deshalb die Windkraft eine schnell wachsende Industrie. Heute stehen die Wind Energien auch zur Bewältigung des Klimawandels im Fokus des Interesses.

Luftaufnahme Windrad

Wo kann die Windkraft genutzt werden?

Dass es Wind fast überall in der Natur gibt, gehört zu den großen Vorteilen dieser Energiequelle. Die Verwertung von Windenergie lässt sich dem Standort der Windenergieanlagen und Windräder nach in zwei Formen unterteilen.

Onshore Windkraftanlagen

Das Windrad steht an Land, was sowohl die Errichtung, die Wartung und den Betrieb billiger und einfacher macht. Im Allgemeinen weht in Küstennähe mehr Wind, aber sowohl flache als auch gebirgige Binnengebiete eigenen sich oft für die Nutzung von Windenergie. Das gilt in immer stärkerem Ausmaß, weil mit besserer Technologie wie zum Beispiel höheren Masten auch schwierigere Standorte wirtschaftlich sind.

Offshore Windenergieanlagen

Die Windräder werden im Meer aufgestellt, was als Technologie seit etwa 2010 eine wesentliche Rolle spielt. Ein Standort offshore bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Die Windbedingungen sind oft besser als an Land, da durch das Fehlen von Hindernissen ein stärkerer und auch gleichmäßigerer Wind weht. Dadurch ist die Ausbeute an Windenergie wesentlich höher. Windräder weit draußen auf dem Meer haben auch weniger starke Auswirkungen auf das Landschaftsbild und damit auf den Tourismus. Es kann damit gerechnet werden, dass die Genehmigungsverfahren schneller und gegen weniger Widerstand zum Abschluss gebracht werden können. Zu den Nachteilen von offshore Windparks gehören die höheren Kosten für die Aufstellung und den Betrieb der Windräder. Durch die schlechtere Erreichbarkeit, den höheren Materialverschleiß und den Aufwand für den Transport des Stroms fallen wiederum Kosten an, die entsprechend kalkuliert werden müssen. Die immer weitere Verbreitung von offshore Windparks macht allerdings klar, dass die Rechnung in hinreichend vielen Fällen positiv ausfällt.

Eigenschaften von Systemen zur Nutzung von Windenergie

Leistung

Die aus Windenergie beziehbare Leistung hängt stark von der Windgeschwindigkeit ab und nimmt mit ihrer dritten Potenz zu. Verdoppelt sich also die Windgeschwindigkeit, erbringt das Windrad die achtfache Leistung. Dieser Zusammenhang verdeutlicht die großen Schwankungen in der Leistung von Windrädern.

Aufkommen

Die gesamte nutzbare Windenergie könnte ein mehrfaches des Weltenergiebedarfs decken. Aus diesem Ergebnis einer detaillierten Untersuchung ergibt sich ein enormes Ausbaupotential für Windenergie.

Örtliche Verfügbarkeit

Ganz windstill ist es nur an wenigen Orten, aber gut nutzbare Standorte für Windräder oder Windenergieanlagen sind nicht überall verfügbar. In Deutschland ist Windenergie im Norden an und vor der Küste gut nutzbar, sie muss aber zu den Bedarfsträgern im Süden des Landes über ein Leitungsnetz transportiert werden.

Zeitliche Verfügbarkeit

Sie stellt eines der für Windenergie typischen Probleme dar. Ein System zur Stromversorgung ist nur dann stabil, wenn die erzeugte elektrische Energie unmittelbar verbraucht wird. Es ist also nicht nur ausreichend Strom für alle Verbraucher vonnöten, es muss auch der gesamte erzeugte Strom tatsächlich verbraucht werden. Zum Ausgleich werden daher auch noch in näherer Zukunft Regelkraftwerke erforderlich sein, die schnell gestartet und wieder abgeschaltet werden können. Eine dafür geeignete Technologie sind Gasturbinen.

Kosten

Für den Bau eines Windkraftwerks fallen verhältnismäßig hohe Kosten an, der Betrieb und auch der Rückbau einer Anlage nach Ablauf der Nutzungsdauer sind allerdings nur mit geringen Kosten verbunden. Die Wirtschaftlichkeit der Nutzung von Windenergie hängt von der Verfügbarkeit des Windes und den Kosten alternativer Stromerzeugung am jeweiligen Ort ab.

Auswirkungen auf den Strompreis

Dieser erfolgt auch in Wechselwirkung mit gesetzlichen Regelungen. Für Windstrom besteht in vielen Ländern eine Abnahmepflicht. Wenn viel Windstrom verfügbar ist, werden daher konventionelle Kraftwerke zurückgefahren, was wiederum zu geringeren Strompreisen an der Strombörse führt.

Technische Umsetzung von Anlagen zur Nutzung von Windenergie

Heutige Windräder und Windenergieanlagen haben mit alten Windmühlen nicht viel mehr als das Funktionsprinzip der Nutzung der Windkraft gemeinsam. Der heute übliche Standard sind drei Rotorblätter, die aus Verbundwerkstoffen bestehen. Für das Fundament und den Mast werden Beton und Stahl verwendet. Der technische Trend geht in die Richtung größerer Windräder auf höheren Masten. Mit solchen Windrädern lässt sich Windkraft effizienter nutzen, denn in größerer Höhe wehen stärkere und vor allem auch gleichmäßigere Winde. Mit hinreichend hohen Masten ist auch eine Aufstellung in Waldgebieten möglich, wo die Windräder über die Baumwipfel hinausragen.

Speicherung von Energie aus Wind

Die Speicherung von Windenergie ist notwendig, weil Wind unregelmäßig weht. Für diese Speicherung stehen verschiedene Technologien zur Verfügung. Insbesondere die Akkutechnologie wird ständig weiterentwickelt, allerdings hauptsächlich für andere Anwendungen wie in der Elektromobilität.

Batterien von Elektroautos

Batterien haben nur eine beschränkte Lebensdauer. Lässt ihre Speicherkapazität für die Verwendung in einem Elektroauto zu stark nach, sind solche Batterien stationär immer noch als Pufferspeicher für gerade nicht benötigte Windenergie brauchbar.

Windgas

Mit aus Windenergie erzeugtem Strom lässt sich mittels Elektrolyse Wasserstoff und Methan herstellen. Diese Gase können in Tanks gespeichert und in das Erdgasnetz eingespeist werden. Das Problem mit dieser Technologie liegt in ihrem niedrigen Wirkungsgrad.

Pumpspeicherkraftwerke

Diese sind eine traditionelle Methode zur Speicherung von billigem Grundlaststrom. Bei Spitzenlast können solche Kraftwerke Strom zu erheblich höheren Preisen absetzen. Pumpspeicherkraftwerke sind allerdings nicht in beliebiger Zahl und Leistung verfügbar. Außerdem befinden sie sich in Europa oft im alpinen Raum, sodass die elektrische Energie über Hochspannungsleitungen zwischen den Speichern und den Verbrauchern transportiert werden muss.

Hubspeicherkraftwerke

In dieser innovativen Technologie wird elektrischer Strom wie beispielsweise aus überschüssiger Windenergie zum Anheben eines schweren Gewichts verwendet. Beim Absenken wird die so gespeicherte Energie wieder abgegeben.

Ist Windenergie wirklich umweltfreundlich?

Grundsätzlich gehört Windenergie zu den Energieerzeugungstechnologien mit den geringsten negativen Auswirkungen auf die Umwelt. Zu den Vorteilen von Windenergie gehören insbesondere die folgenden. Im Gegensatz zu Kernkraftwerken oder auch Staudämmen von Wasserkraftwerken setzen Windkraftwerke und Windenergieanlagen ihre Umgebung keinerlei Risiken für schwere Unfälle aus. Der Flächenverbrauch für Windkraftwerke ist auch für onshore Windkraftwerke gering. Am Standort ist fast die gesamte Fläche weiter landwirtschaftlich nutzbar. Offshore Windparks nehmen gar keine sonst anderweitig nutzbare Fläche in Anspruch. Die Energieamortisation für ein Windkraftwerk dauert höchstens 7 Monate. In dieser Zeitspanne erzeugt das Windkraftwerk also alle für die Errichtung des Kraftwerks aufgewendete Energie.

Mögliche Probleme mit Windenergieanlagen

Einfach beherrschbare Probleme mit Windenergie und Windenergieanlagen

Sind Masten höher als 100 Meter, müssen sie mit Signalen für Flugzeuge befeuert werden. Dieses Problem stellt sich hauptsächlich in der Nähe von Flughäfen. Windräder erzeugen Schall und Infraschall. Der letztere ist für Menschen nicht hörbar, es gibt aber die Sorge, er könne sich gesundheitsschädlich auswirken. Sogar wenn sich das als zutreffend herausstellen sollte, wird es nur wenige Siedlungen betreffen, die dazu relativ einfach abschirmbar sein sollten. Eisabwurf: Diese Gefahr ist nur in unmittelbarer Nähe eines Rotorblatts ein Problem und kann mit Rotorblattheizungen bei Bedarf vollständig abgewendet werden. Ein Rotorblattbruch ist an sich sehr selten und kann nur dann eine Gefahr für Anwohner darstellen, wenn sich das Windrad sehr nahe an Siedlungen befindet. Lichtemissionen sind heute gar kein Problem mehr, da die Rotorblätter mit entsprechenden Farben angestrichen werden. Windräder haben unbestreitbar eine Auswirkung auf das Landschaftsbild. Für manche Tiere wie bestimmte Vögel und Fledermäuse stellen die Rotoren eines Windrads eine potentielle Gefahr dar. Gegenmaßnahmen bestehen in der Vermeidung bestimmter Aufstellungsorte. Feinere Abstimmungen zum Artenschutz laufen auf Abschaltungen zu bestimmten Zeiten und Erkennungssysteme für sich nähernde Großvögel hinaus. Für eine Gesamtbeurteilung sollte auch berücksichtigt werden, dass mehr Windräder geringere Umweltbelastungen durch andere Energieträger wie Braunkohle bedeuten. Die direkte Gefahr für die Tierwelt durch die Windräder muss zusammen mit den positiven Auswirkungen der Nutzung von Windenergie für ihr Habitat beurteilt werden. Rotorblätter bestehen zu einem wesentlichen Teil aus Verbundwerkstoffen, die Recyclingtechnologien vor große Herausforderungen stellen. Die Verwertung dieser Rotorblätter in größerer Zahl muss noch befriedigend gelöst werden.

Was sind die Vorteile von Windenergie?

Einer der wesentlichsten Vorteile ist sicher die Erneuerbarkeit von Windenergie. Windenergie ist in einem Ausmaß verfügbar, das die Größenordnung des Energiebedarfs der ganzen Welt erreicht. Jede technologische Entwicklung kann also potentiell stark skaliert werden. Die Kosten für Windenergie sind schon heute in vielen Fällen geringer als die Kosten von konventionellen Kraftwerken. Bei der Nutzung von Windkraft fallen kaum Treibhausgase oder sonstige schädliche Emissionen an. Diese beschränken sich auf die Schadstoffe, die bei der Herstellung und dem Rückbau von Windrädern anfallen. Windenergie ist viel globaler verfügbar als fossile Brennstoffe. Die Nutzung von Windenergie verringert also die Abhängigkeit von Ländern mit entsprechenden Bodenschätzen. Diese Feststellung gilt insbesondere auch für Deutschland.

Fazit zum Thema Windenergie

Die Nutzung der Energien des Windes kann einen wesentlichen Beitrag zur Energiewende im Land beitragen. Durch den fortlaufenden Ausbau der erneuerbaren Energien kann der Mensch es schaffen nicht nur sich, sondern auch die Natur zu entlasten. Im Jahr 2021 wird bereits 8% des Bedarfs an elektrischer Energie in Deutschland aus Windenergie und Windenergieanlagen gewonnen. Seit 2010 wurden an der Nord- und Ostseeküste 22 offshore Windparks in Betrieb genommen. Im Vergleich zu konventionellen Energieträgern ist Wind eine der saubersten Energiequellen und es ist zu erwarten, dass die Akzeptanz und Nutzung von Windenergie in den nächsten Jahren weiter stark zunehmen werden wird. Aufmerksamkeit verdient allerdings der Umstand, dass für ein stabiles Netz auch hinreichend leistungsfähige Hochspannungsleitungen erforderlich sind und deren Errichtung erfahrungsgemäß eine lange Vorlaufzeit besitzt. Daher ist ein breiter Ausbau im gesamten Land notwendig. Die Energiepolitik muss im Rahmen der Energiewende auf die erneuerbaren Energien, insbesondere für die Energien des Windes die ganze Kette vom Ausbau, der Erzeugung über den Transport bis zum Verbrauch von Strom berücksichtigen. 🌱

Bildquellen

  • Windenergie-Windräder: iStock/frankix
  • Luftaufnahme-Windrad: iStock/TimSiegert-batcam
  • Clean-energy: iStock/undefined undefined