1. Geschichte der Windenergie
Die Windkraft wird seit vielen Jahrhunderten von dem Menschen, hauptsächlich im sportlich / freizeitlichen Bereich zur Fortbewegung, genutzt. Beim Segeln oder Fallschirmspringen ist das der Fall. Die Windenergie wird aber auch zur mechanischen Arbeit und auch in der Erzeugung von Elektrizität verwendet.
1.1 Mechanische Basis
Die ersten Windmühlen sind aus Persien bekannt, welche im 7. Jahrhundert nach Christus zum Getreidemalen verwendet wurden. In Tibet gab es zu dieser Zeit schon Gebetsmühlen und in China wurden Mühlen als Wasserpumpen verwendet. Die Gebetsmühle hat allerdings nichts technisches mit einer Windmühle gemeinsam, es ist eine Art Rolle, die Gebete (Mantras) beinhaltet.
Die Chinesische Windmühle hingegen funktioniert wie eine Art Karussell, die Rotationsachse ist bei dieser Windmühle senkrecht (europäischen waagrecht). Von der Rotationsachse aus sind sternförmig Dschunkensegel[1] angeordnet, die sich selbst zur Strömung ausrichten. Diese Windmühle hat somit nicht viele Dinge gemeinsam mit der Europäischen.
Windmühlen sind in Europa seit dem 12. Jahrhundert bekannt, sie wurden mit einer horizontalen Rotationsachse gebaut. Selbst heute werden moderne Windkraftanlagen nach diesem Prinzip gebaut.
Die Windmühle wurde im Laufe der Zeit weiterhin verbessert. Anstatt nur zu mahlen konnte die Mühle auch Wasser- pumpen und schöpfen, sägen sowie hämmern. In Amerika wurde die Mühle so weiter entwickelt, dass sie sich sogar noch drehen konnte sowie ein Sturm auf kam. Vorher musste der Müller das selbst machen, um die Mühle zu sichern und versuchen diese vor Schäden zu schützen.
Selbst heute sind Mühlen weltweit noch im Einsatz meist als ein handwerkliches Hilfsmittel um z.B. Wasser zu pumpen (Polderentwässerung[2]).
1.2 Weiterentwicklung bis zur Stromerzeugung
Die Technik der Windkraftnutzung wurde viele Jahre lang auf Grund der Dampfmaschinen und Verbrennungsmotoren außer acht gelassen, dennoch forschten viele verschiedene Ingenieure an dieser Technik, so dass diese immer weiter entwickelt werden konnte.
Der Ursprung dieser Technik liegt bei den Windmühlen. Ab 1882 begann die Elektrizität für die Bevölkerung ein wichtiges technisches Hilfsmittel zu werden. In den Städten schritt die Elektrisierung rasch voran, doch in ländlichen Gebieten mussten erst Übertragungsnetze gebaut werden um den Strom bis zu großen Entfernungen transportieren zu können. In Deutschland konnten Anfang der 20er Jahre nahezu alle Dörfer an das Stromnetz angeschlossen werden, doch in vielen anderen Ländern ging die Entwicklung nicht so rasch voran. Um eine verbesserte Stromversorgung ermöglichen zu können hatte man im 19. Jahrhundert versucht die Windmühlen, da diese weit verbreitet waren, zusätzlich zu einer Art Dynamo umzurüsten.
Der Däne Poul La Cour hatte die grundlegenden Techniken für eine Windmühle, die Strom erzeugt, untersucht. Er errichtete 1891 eine Versuchsanlage in Askov auf Jütland. Ihm sind wichtige Entwicklungen für die heutige Windkraftanlagentechnik zu verdanken, da er seine wissenschaftlichen Forschungen und Pläne gut in die Praxis umsetzen konnte. La Cour unternahm auch als erster Windkanalversuche zur Aerodynamik der Flügelformen von Windmühlen Rotoren.
1920 forschte Albert Benz am der Physik und Aerodynamik des Windrotors[3], er setzte weitere Grundlagen der Windenergie und formulierte 1919 das Betzsches Gesetz[4].
Es wurden in Laufe der Jahrzehnte verschiedene Windrotoren entwickelt zur Erzeugung von Strom:
- Der Savonius-Rotor -> vgl. Kapitel: 1.3
- Der Darrieus-Rotor -> vgl. Kapitel: 1.4
- Doppel-Rotor-Technik
Die Doppel-Rotor-Technik wurde von Hermann Honnef verfolgt sie entwickelte sich allerdings zu einem Technischen Irrweg.
Ulrich W. Hütter hatte damit begonnen mehrere Windenergieanlagen in Deutschland aufbauen zu lassen. Er hatte 1951 eine Windenergieanlage mit 10kW errichten lassen. Diese ist darauf hin in Serie gegangen und konnte in andere Länder exportiert werden. 1957 hatte Hüttner eine Windenergieanlage an der Geislinger Steige aufbauen lassen. Die Rotorblätter waren aus einem Faserverbundstoff[5] und der Rotor hatte einen Durchmesser von 34 Meter.
In den 1980er Jahren, nach der Ölkrise gab es eine erhöhte Nachfrage aus den USA, was Windkraftanlagen betraf. In die USA wurden weites gehend Windkraftanlagen eines dänischen Konzeptes geliefert. Das dänische Konzept ist dadurch gekennzeichnet das die Windräder einen Motor mit zwei festen Drehzahlen haben und drei starre Rotorenblätter.
Für die 500kW Klasse hat sich dieses Konzept weitgehend durchgesetzt. Nach der Ölkrise aus den 70er Jahren wurde die Windenergietechnik stetig weiter entwickelt.
Heute haben Windenergieanlagen einen wesentlich höheren Erntegrad (Im Megawattbereich), außerdem sind sie leiser. Der Generator des Windrades ist durch ein Gleichstromnetz entkoppelt, durch dieses Konzept ist eine Regelung der Phasenverschiebung von Strom und Spannung des eingespeisten Drehstroms möglich. Somit wird das Netz nicht mehr durch die Blindleistung[6] belastet.
Die Windkraft hat nach der Photovoltaik das zweitgrößte Potenzial zur Stromerzeugung der alternativen Energiequellen. Durch Wind ließe sich bis ein Drittel des Strombedarfs in Deutschland decken.
1.3 Savonius-Rotor
- Savonius-Rotor Im Querschnitt
Der Savonius-Rotor wurde 1925 von dem finnischen Schiffsoffizier Sigurd Savonius erfunden. Er ist gekennzeichnet durch einer vertikalen Rotationsachse, an dieser Achse sind Scheiben waagrecht angebracht. Auf diesen Scheiben sind senkrecht Schaufeln montiert. Die Schaufeln sind gegeneinander versetzt angeordnet, so das ein Teil der Windströmung nach rechts oder links hin zur offenen Schaufelseite umgeleitet wird (Siehe Abbildung). Der Wirkungsgrad dieses Rotors wird auf 28% geschätzt und die Schnelllaufzahl[7] beträgt ca. 1,6. Anfangs wurde der Rotor im Schiffsbau benutzt um Räume zu lüften. Es wurde bald festgestellt, das dieser Rotor auch im Wasser gut zu funktionieren scheint. Deshalb kann dieser Rotor auch bei Wasserpumpen oder Schwimmbadfilter verwendet werden.
Aufgrund des geringen Wirkungsgrades dieses Rotors wird er nahezu selten eingesetzt um aus Windenergie Strom zu erzeugen. Der Rotor hat aber auch Vorteile im Gegensatz zu anderen Windenergieanlagen.
Der Rotor ist unabhängig von der Windrichtung, das bedeutet man muss diesen Rotor nicht der Windrichtung entsprechend ausrichten. Außerdem kann man viele Savonius-Rotoren miteinander verbinden in vertikaler als auch in horizontaler Richtung. Die Basis des Rotors wird durch starke Winde nicht zusätzlich belastet, bei Windenergieanlagen mit horizontaler Rotationsachse wird die Basis auf Grund der verschiedenen Windstärken unterschiedlich belastet. Denn die Propeller eines Rotors mit horizontaler Rotationsachse können in einer normalen Kreisbahn vertikaler Ausrichtung rotieren oder durch den Wind etwas nach hinten gedrückt werden, so entstehen turbulente Schwingungen die im Windenergiekraftwerk ausgeglichen werden müssen. Bei einem Savonius-Rotor entstehen solche Schwingungen nicht. Außerdem ist ein Rotor dieser Art leiser als der Darrieus-Rotor oder eine Windenergieanlage mit waagrechter Rotationsachse.
1.4 Darrieus-Rotor
- Skizze eines Darrieus-Rotors
Der Darrieus-Rotor ist eine Windenergieanlagenbauart mit einer vertikaler Rotationsachse. Diese Technik wurde von dem Franzosen Georges Darrieus erfunden und 1931 in den USA patentiert. Im Vergleich zu Windenergieanlagen mit einer horizontaler Rotationsachse hat dieser Rotor eine geringere Effizienz, denn die Flügel des Rotors werden auf ihrer Umlaufbahn nicht durchgehend optimal angeströmt.
Der Aufbau eines Darrieus-Rotors ist gekennzeichnet durch eine vertikale Rotationsachse an den oberen Ende dieser Achse sind 2 Rotorblätter angeordnet. Diese Verlaufen in einer Kurve zum Fußpunkt der Rotationsachse. Der Grund für die Biegung ist, das die Rotorblätter nicht einer zu starken Zentrifugalkraft, welche an der max. Elongation der Kurve am höchsten ist, ausgesetzt sind.
Der Darrieus-Rotor hat allerdings einige Vorteile:
- Der Rotor kann schnell dem vorherrschenden Wind angepasst werden, außerdem können turbulente Winde nahe der Bodenhöhe auch noch zur Stromerzeugung mit diesem Rotor genutzt werden.
- Der Generator und das Getriebe sind bodennah, dies ermöglicht eine leichtere Wartung.
- Die Rotorblätter sind leichter anzufertigen.
- Es ist mittlerweile nachgewiesen worden das der Darrieus- Rotor einen besseren Wirkungsgrad hat als der Savonius- Rotor.
Die Nachteile dies Rotors sind:
- Windkraftanlagen mit einer horizontaler Rotationsachse haben einen höheren Wirkungsgrad (50%), der Darrieus-Rotor kommt maximal auf einen Wirkungsgrad von 40%.
- Die Flügel (Rotorblätter) des Rotors sind starken Belastungen ausgesetzt, auf Grund der Windturbulenzen, welche an und um den Rotor auftreten können.
1988 wurde im Zuge der Forschung ein Experiment in Québec (Kanada) gebaut namens Éole. Es handelt sich um einen Darrieus-Rotor welcher eine Nennleistung von 4MW produzieren sollte. Auf Grund der damaligen nicht qualitativ hochwertigen Materialien die man verbaute, litt die Windkraftanlage an Materialermüdungen und unter hoher Belastung. Das ist der Grund dafür warum diese Anlage meistens still stand. Durch einem heftigen Sturm 1992 in Québec wurde die WKA schwer beschädigt und schließlich stillgelegt. Die Anlage steht aber heute noch, es dient als eine touristische Attraktion.
Der Darrieus-Rotor Éole ist insgesamt 110m hoch, der zweiblättrige Rotor ist 96m Hoch mit einem Durchmesser von 64m. Der Rotor kann eingeschaltet werden für die Stromerzeugung ab einer Windgeschwindigkeit von 4,5m/s und muss ab 22,5m/s abgeschaltet werden.
1.5 Entwicklung in Deutschland ab 1978
1978 wurde vom Bundesforschungsministerium beschlossen das bei der Stadt Marne (Schleswig Holstein) eine große Windkraftanlage, genannt „Growian“, gebaut wird, zu Forschungszwecken. Der Rotor, bestehend aus zwei Blättern, hatte einen Durchmesser von 100m. Diese Anlage war viele Jahre lang die Größte auf der Welt. Auf Grund der Tatsache das es zu dieser Zeit Materialprobleme für Windkraftanlagen gab, konnte diese Anlage noch nicht einmal einen dauerhaften Testbetrieb erreichen.
Growian wurde 1983 „fertig“ errichtet, konnte aber nie unter voll Last betrieben werden, da es technische Probleme beim Bau gab. Zwischen 1983 und dem Betriebsende 1987 stand die Anlage meistens still. Growian wurde dann 1987 demontiert. Der Turm und eines der Rotor-Blätter sind im Technikmuseum Sinsheim ausgestellt. Man konnte durch dieser Windanlage feststellen, dass es sinnvoller ist mehrere kleine Anlagen zu bauen anstatt weniger großen, da diese auch eine größere Windangriffsfläche bieten.
Dort wo Growian stand, wurde 1988 dann der erste Windenergiepark Deutschlands aufgebaut (der Windpark Westküste GmbH), bestehend aus 30 kleineren Windanlagen.
Mittlerweile gibt es viele Windenergieparks in Deutschland. Durch diese wurden bis jetzt fast 64000 Arbeitsplätze geschaffen und ein Umsatz von über 7 Mrd. Euro.
1991 wurde das Stromeinsparungsgesetz verabschiedet somit waren die Stromnetz-Betreiber durch das Gesetz dazu verpflichtet Strom aus der regenerativen Umwelt zu entnehmen und in das Netz einspeisen zu lasen (zu vergüten an den Kunden). Im Jahr 2000 wurde das Gesetz erweitert und abgelöst durch das „Erneuerbare- Energien- Gesetz[8]“.
2. Geologie & Geographie
2.1 Entstehung von Wind
Die Sonne erwärmt Luftmassen in der Atmosphäre. Wegen der Kugelform, der Erdrotation, jahreszeitlichen Veränderung, und lokaler unterschiedlichen Sonneneinstrahlungen entstehen Druckunterschiede. Diese Druckunterschiede wollen ausgeglichen werden. Da es am Äquator ein Überstrahlungsangebot gibt, entstehen Ausgleichs- strömungen zwischen dem Äquator und Polen. Je nach Jahreszeit sind diese Ausgleichsströmungen gen Norden oder Süden von dem Equator aus gesehen. Diese Ausgleichsströmungen nennet man Wind. Im Januar gibt es vor allem auf der Nordhalbkugel Ausgleichsströmungen, da dort durch die geringere Sonneneinstrahlung überwiegend Tiefdruckgebiete entstehen. Im Juli sind die Ausgleichs- strömungen auf der Südhalbkugel zu beobachten, da dort zu dieser Jahreszeit durch geringe Sonneneinstrahlung Tiefdruckgebiete entstehen. Diese Ausgleichsströmungen nennt man großräumige Druckunterschiede.
2.1.1 Lokale Unterschiede
Lokale Druckunterschiede kommen vor allem an Küstengebieten vor. Das Festland wird tagsüber stärker erwärmt als das Wasser, somit gibt es Ausgleichsströmung zwischen Land und Wasser. Die Ausgleichswinde wehen tagsüber Richtung Land (Siehe Bild 2 A). Da nachts das Land schneller als das Wasser abkühlt, kommt es bei entgegengesetzter Richtung zu Ausgleichsströmungen (Siehe Bild 2 B)
- Bild 2
2.2 Windsysteme
Für die Windenergietechnik ist nur die Troposphäre von Bedeutung. Diese ist die niedrigste der 4 Atmosphäreschichten. Die Atmosphäre teilt sich auf in die Troposphäre ( 0 – 15km Höhe), Stratosphäre (15 – 50km Höhe), Mesosphäre (bis 80km Höhe) und in die Thermosphäre (bis max. 500km Höhe). Signifikant in der Troposphäre für die Windenergie ist die Eckman- Schicht, diese liegt ca. zwischen einer Höhe von 100 bis 1000m. Unterhalb dieser Schicht liegt die Prandtl- Schicht, diese ist durch starke Turbolenzen auf Grund der Erdoberfläche geprägt. Man konnte mit Hilfe von Untersuchung feststellen, dass hohe Windenergieanlagen besonders in Binnenländern[9] wirtschaftlich zu betreiben sind, das liegt daran, dass die Erdoberfläche hier besonders eben ist und es somit wenige Turbulenzen gibt.
Es gibt verschiedene Winde auf der Welt um einen Überblick zu bewahren Teilt man Winde in verschiedene Kategorien ein:
- Euler- Winde: Sind meist nahe am Äquator, da diese in druckunterschiedlichen Gebieten entstehen.
- Geostrophische Winde: Jetstreams (500 – 650km/h schnell) sind ein Beispiel für solche Winde. Diese Winde sind nicht gekrümmt und treten nur weit oberhalb des Erdbodens auf (10 – 15 km Höhe).
- Gradientwinde: Sind gekrümmt und treten nur weit oberhalb des Erdbodens auf. Driften aus einem Hochdruckgebiet heraus.
- Zyklostrophische Winde: Treten nur in Tiefdruckgebieten (Zyklonen) auf, mit einer hohen Windgeschwindigkeit.
Diese 4 Windtypen treten nicht nahe dem Erdboden auf, sind deshalb von der Bodenreibungskraft der Erdoberfläche nicht beeinflusst. Föhn, Bergauf-/Bergab- Winde, Wirbelstürmen u.s.w sind alle von der Bodenreibungskraft beeinflusst. Dementsprechend können diese auch nie so schnell werden wie Winde am Ende der Troposphäre.
Die theoretische maximale Windgeschwindigkeit beträgt 1230km/h (Schallgeschwindigkeit), diese wird selbst von Jetstreams nicht erreicht.
3. Windenergie in der Physik
3.1 Berechnung der Leistung von Windenergie
Ein Teil der im Wind enthaltenen kinetischen Energie -Bewegungsenergie- wird durch die Rotoren in Rotationsenergie umgewandelt. Damit wird ein Elektrogenerator angetrieben, der die Rotationsenergie in Strom umwandelt.
Mit dieser Formel lässt sich die Leistung des Windes berechnen. p ist die Luftdichte, r der Rotorradius, v die Windgeschwindigkeit und t die Zeit, in der der Wind die Rotoren durchströmt.
Beispiel: Die Luftdichte v beträgt 1,22 kg/m3, die Windgeschwindigkeit beträgt 8 m/s und der Rotordurchmesser ist 100m. Die kinetische Energie, die innerhalb einer Sekunde durch den Rotordurchmesser strömt, beträgt also 2,45 MW.
Mit der kinetischen Energie des Windes und dem Wirkungsgrad der Windkraftanlage lässt sich die maximal erzeugbare Leistung berechnen. Der Wirkungsgrad aller Windkraftanlagen beträgt 59,3%. Somit lässt sich die Leistung, die eine Windkraftanlage erzeugen kann, mit folgender Formel berechnen:
Der Wirkungsgrad der Windkraftanlage multipliziert mit der kinetischen Energie des Windes, ergibt die maximal erzeugbare Leistung. Beispielrechnung mit der oben berechneten kinetischen Energie: Pn=0,593*2,45MW = 1,47 MW. 1,47 MW ist also die maximal erzeugbare Leistung bei 8 m/s.
Die untere Grenze der Windgeschwindigkeit zur Erzeugung von Strom beträgt 3,5m/s. Bei weniger als 3,5 m/s kann kein Strom mehr erzeugt werden. Ab einer Windgeschwindigkeit von 25 m/s wird die Windkraftanlage abgeschaltet um Schäden zu vermeiden. Die optimale Windgeschwindigkeit beträgt 12 bis 16 m/s. (Siehe Bild 1)
3.2 Wie wird aus Windenergie letztendlich Strom?
Die Kraft des Windes wird über die Spinner auf die Rotorblätter übertragen. Diese treiben die Hauptwelle an. Das Getriebe übersetzt die Drehungen der Hauptwelle auf die Maximale Drehzahl. Der Generator wandelt letztendlich die Drehungen in elektrische Energie um. Der Blitzableiter schützt die Gondel vor Blitzschäden. Die Scheibenbremse kann im Notfall die Rotorblätter anhalten, beispielsweise bei Stürmen etc. Durch die Gondelnachführung kann die Gondel zur Windrichtung ausgerichtet werden.
3.3 Wirkungsgrad der Windenergieanlagen
Der Wirkungsgrad einer Windenergieanlage ist eine wichtige Kenngröße. Die Windgeschwindigkeit sinkt am Rotor, da dieser kinetische Energie (Bewegungsenergie) des Windes entnimmt. Der Wind kann aber nicht bis zum Stillstand abgebremst werden, was wiederum ein Vorteil ist. Angenommen es wäre möglich, dass der Wind bis zum Stillstand abgebremst wird, so könne kein Wind mehr nachströmen. Der deutsche Wissenschaftler Albert Betz hat über mathematische Berechnungen festgestellt, dass nur maximal 59,3% der im Wind enthaltenen kinetischen Energie entnommen werden kann.
Es gibt mehrere Gründe warum die restlichen 40,7% der Energie des Windes nicht geerntet werden können:
1. Zum einen liegt es daran, dass die Blätter des Rotors nicht durchgehend optimal angeströmt werden.
2. Das Getriebe, der Generator u.s.w haben alle geringe Verluste (0,3 bis 1%)
3. Die kinetische Energie des Windes wird abgebremst, dass bedeutet es bleibt eine restliche Bewegungsenergie übrig, die nicht als Stromenergie umgewandelt werden kann.
Signifikant bei der Effizienz eine WEA ist die Rotorgeschwindigkeit. Die Rotorgeschwindigkeit ist wie der Wirkungsgrad einer WEA von der Windgeschwindigkeit abhängig. Eine spezielle Form der Rotorgeschwindigkeit ist die Schnelllaufzahl, diese wird rechnerisch folgendermaßen ermittelt:
Umfanggeschwindigkeit (u)[10] dividiert durch die Windgeschwindigkeit (v) = Schnelllaufzahl (lambda)
Bei einer Schnelllaufzahl von 7 bis 8 erreichen WEA den größten Erntegrad. Die Schnelllaufzahl ist die Rotordrehzahl, ohne eine mechanischen Drehzahlregelung durch den Generator der Windenergieanlage.
Es gibt zwei signifikante Situationen warum eine Drehzahlregelung einer WEA durchgeführt werden muss:
1. Die vorherrschenden Windgeschwindigkeiten sind zu hoch (über 25 m/s), damit die WEA keinen schaden nimmt, wird diese abgeschaltet.
2. Die vorherrschenden Windgeschwindigkeiten sind zu niedrig (unter 3,5 m/s), es kann dann kein Strom mehr erzeugt werden, die WEA muss abgeschaltet werden.
4. Die Entwicklung der Windenergienutzung
Ob nun Onshore, also Windenergiegewinnung auf Land, oder Offshore, Windenergiegewinnung auf dem Meer effektiver und sinnvoller ist, wird aktuell auf der größten Messe der Windenergiebranche, der Husumwind an der Nordsee, Debattiert. Die Unternehmen Repower und Siemens setzten besonders auf Offshoreanlagen einen großen Stellenwert. Vestas, Nordex, General Electric und Enercon sehen eine große Zukunft mit Onshoreanlagen, da die Technik auf offener See wesentlich anspruchsvoller ist. Zurzeit sind etwa 99 % der installierten Leistung auf Onshore Anlagen zurück zu führen. Zurzeit liegt die Einspeisevergütung von Onshoreanlagen bei 8,19 Cent bei einer Kilowattstunde ( kWh ). Bei Offshoreanlagen liegt die Einspeisevergütung bei einer Kilowattstunde bei 9,1 Cent.
Auf hoher See sind Windparks einfacher durchzusetzen, da dort die Rotorengerauche und die Warnsignale für den Flugverkehr am wenigsten stören. Zurzeit hat Windkraft mit 6 Prozent der Gesammtenergieproduktion den größten Anteil von erneuerbaren Energien. Zurzeit beträgt die Lieferzeit von Windkraftanlagen ca. zwei Jahre. In Deutschland sind Zuwächse vor allem über Repowering zu erwarten, da Deutschland mit einem Anteil von 28 Prozent die höchste aufgestellte Leitung hat und keine Neubauten von Anlagen zu erwarten sind.
4.1 Windenergienutzung in Deutschland
Anhand des Bildes ist zu erkennen, dass der Umsatz von Deutschen Firmen im Inland in den letzten Jahren gesunken ist, aber im Ausland der Umsatz stark stieg. Außerdem sind die Deutschen Firmen am Weltmarktanteil zurückgegangen. 2004 waren es noch 56% im Gegensatz zu 2007, wo sie nur 35 % sind. Die Arbeitsplatzzahlen dieser Industrie sind trotzdem gestiegen. Von 2004 rund 64 Tausend Arbeitsplätze auf 80 Tausend Arbeitsplätze 2007. Der Marktanteil in Deutschland wird von der deutschen Firma Enercon mit 38,4 % dominiert, aber dicht gefolgt von der Dänischen Vestas mit 34,6 %. Die restlichen Anteile sind gering. Die Prognose der auf der Welt installierten Leitung ist steigend. 2006 beträgt der Anteil von Erneuerbaren Energien der Gesamten Stromproduktion in Deutschland 12 %. Von diesen 12% bestehen 42 % aus Windenergie, die die vor Wasserkraft mit 30 % die meiste Energie liefert.
4.2 Windenergienutzung weltweit
Die USA nutzt am meisten die Windenergie von allen Staaten weltweit (ca. 25.170MWh). Durch die Windenergie in Dänemark wird ca. 20% der gesamt Stromerzeugung des Landes gedeckt. Es gibt derzeit kein Land auf der Welt das einen höheren Anteil von der gesamt Stromerzeugung durch die Windenergie deckt. Es gibt allerdings Teile Deutschlands und Dänemarks, wo der Anteil wesentlich höher liegt, wie z.B. in Pommern liegt der Anteil der durch Windenergie erzeugten Stromes bei 71%.
In Deutschland, Dänemark und Spanien wurde die Technologie der Windenergie (durch politischen Willen) enorm voran getrieben. Das ist der Grund warum deutsche, dänische und spanische Technologien derzeit weltweit gefragt sind. Der Export dieser Länder wird dadurch enorm gestärkt.
· Aktuell:
Im Jahr 2008wurden 27056MW neu installiert. Insgesamt sind 120.791MW installiert, mit dieser Nennleistung können bis zu 240.000kWh Strom pro Jahr produziert werden. Es ist aber dabei zu berücksichtigen, dass das Potential des Windes jährlich schwankt, somit schwankt auch die Stromerzeugung der Länder jährlich.
5. Beispiele
5.1 Windenergieanlage "Enercon E-70"
Enercon ist der deutsche Marktführer, mit einem Marktanteil von 44 %. Die Windkraftanlage E-70 ist für Standorte mit höheren Windstärken entwickelt worden und hat eine Nennleistung von 2,3 MW. Der Rotordurchmesser beträgt 71m. Die Nabenhöhe ist 58-113 m. Die Windklasse beträgt 1. Das heißt, diese Anlage ist für eine Windgeschwindigkeit im Extremfall von 50 m/s beziehungsweiße einer Durchschnittswindgeschwindigkeit von 10 m/s ausgelegt .
Das Anlagekonzept ist ohne Getriebe ausgelegt. Die Dreh- richtung ist im Uhrzeigersinn mit einer Geschwindigkeit von ca. 6-21 Umdrehungen pro Minute. Die Gondel besteht aus 3 Rotorblättern, die sich einzeln verstellen lassen. Der Blitzschutz ist in den Rotor- blättern integriert. Die Stromerzeu- gung erfolgt über einen Ring- generator. Ab einer Wind- geschwindigkeit von ca. 28-34 m/s schaltet die Anlage ab.
5.2 Windpark "Neutscher Höhe"
Ein Beispiel für einen kleinen "Windpark" ist die Neutscher Höhe im Odenwald. 37 Privatpersonen haben sich zusammen geschlossen und 3 Windenergieanlagen mit jeweils 600kW bei 14,5m/s erbaut.
Eine Anlage hat ca. 600 000€ gekostet. Der Mast eines Windrades ist ca. 50m hoch und steht auf einem 1,8m tiefen und 12m im Durchmesser breiten Fundament. Die Rotor- blätter sind jeweils 17m lang.
Der Windpark wurde 1994/95 errichtet und 2004 war das erste Jahr, indem Gewinn erwirtschaftet wurde. Jedes Jahr werden ca. 2,1 Mio. kWh geliefert. Damit können ca. 350 Durch- schnittshaushalte (4 Personen) im Jahr versorgt werden. Durch den Windepark werden außerdem pro Jahr 1320 Tonen CO2 eingespart.
Engagierte Mitglieder der Arbeitsgemeinschaft Solartechnik Bergstraße e.V. initiierten und finanzierten die Windkraftanlagen und gründeten die Odenwaldwind Gesellschaft für regenerative Energie mbH, die 1994 die drei Anlagen auf der Neutscher Höhe errichtete.
Elektrische Leistung 3 x 600 kW
Mechanische Daten
Nabenhöhe 50 m
Rotordurchmesser 43 m
Rotorfläche 1450 qm
Erträge und Umweltentlastung ca.
Jahresenergieertrag 2,1 Mio.kWh/Jahr
CO2-Einsparung rund 1320 t/Jahr
5.3 Windpark "Binselberg" (bei Groß-Umstadt)
Die Vorüberlegungen für den Windpark Binselberg begannen im Jahr 1997 im Rahmen einer bunt gemischten Arbeits-gruppe "Regenerative Energien" in Groß-Umstadt, der Keim-zelle des Projektes. Mit zunehmender Konkretisierung konzentrierte sich die weitere Projektentwicklung auf wenige Personen aus dieser Arbeitsgruppe. Der formale Rahmen wurde mit der Gründung der Windpark Binselberg GmbH als Projektierungsgesellschaft im Jahr 1998 geschaffen.
Im Oktober 1999 wurden die 2 Windkraftanlagen des Typs Fuhrländer 1000 nach einer Bauphase von etwa 4 Monaten in Betrieb genommen.
Betreibergesellschaft der Windkraftanlagen ist die Windpark Binselberg GmbH & Co. Betriebs KG, mit insgesamt etwa 70 Eigentümern, die größtenteils aus der näheren Umgebung stammen. Das Investitionsvolumen beträgt rund 1.800.000 €. Mit einer Amortisation des Projektes ist in den Jahren 2011 bis 2014 zu rechnen. Damit entspricht das Projekt den wirtschaftlichen Prognosen vor Inbetriebnahme.
Die erwartete mittlere Stromproduktion beider Wind- kraftanlagen zusammen beträgt 2.900.000 kWh pro Jahr. Dieser aus dem bisher tatsächlich erzielten Stromertrag abgeleitete Wert bestätigt die ursprünglichen Prognosen während der Planungsphase des Projektes. Den Großteil des erzeugten Stroms verkauft die Gesellschaft an die Natur Pur AG, einem Stromhändler für regenerativen Strom in Darmstadt. Den Rest übernimmt die HSE AG aufgrund gesetzlicher Bestimmungen.
Nach anfänglichen Problemen an den Rotorblättern kann der technische Zustand der Windkraftanlagen als typisch bezeichnet werden. Wie bei allen technischen Großanlagen bedarf es aber auch bei Windkraftanlagen –oftmals gut sichtbar- regelmäßiger Wartungsarbeiten und Revisionen.
Auf der Homepage der Windpark Binselberg GmbH findet man
- Bilder
- Technische Daten der Anlage
- Windertrag von 1999 bis heute
- Dokumentation der in den letzten Jahren aufgetretenen Anlagenfehler
Erweiterungsplanungen des Windparks Binselberg
Der Binselberg ist einer der höchsten Punkte im Umkreis von Groß-Umstadt. Er eignet sich auf Grund der Hauptwindrichtung (Ost- West), seiner Höhe und seiner relativ abgelegenen Lage ideal für die Stromgewinnung durch Windenergie.
Die Windpark Binselberg GmbH (WIBI GmbH) hat sich einem neuem Projekt gewidmet, bei dem 2 weitere Windenergieanlagen des Typs E82 (von Enercon) installiert werden sollen. Somit befasst sich die WIBI GmbH mit dem offensichtlich immer dringlicher werdenden Problem des Klimaschutzes und der Energiesicherheit.
Die Windenergieanlage Enercon E82 hat eine Nennleistung von 2 MW, einen Rotordurchmesser von 82m und eine Nabenhöhe von 78m bis 138m (verschiedene Ausführungen). Es ist eine Windenergieanlage mit neuester Technik, die bisherigen Anlagen auf dem Binselberg sind Stall-WEA, das bedeutet, nur die Rotorblattspitzen konnten der Windrichtung entsprechend optimal ausgerichtet werden.
Bei der E82 können die kompletten Rotorblätter optimal der Windrichtung angepasst werden (genannt: Pitch WEA). Dies ermöglicht einen höheren Erntegrad. Die E82 besitzt kein Getriebe mehr, denn der Generator kann mittlerweile mit der niedrigen Drehzahl der Hauptwelle umgehen. Bei den vorherigen Modellen von WEA musste das Getriebe die Drehung der Hauptwelle auf die max. Drehzahl übersetzten, der Generator wandelte letztendlich die Drehung in elektrische Energie um.
Es ist tatsächlich so, dass mit den neuen WEA wesentlich mehr Energie gewonnen werden kann. Die bisherigen Anlagen ernten pro Mühle 1450 MWh im Jahr, eine neue Mühle erntet 4850 MWh im Jahr. Die Nennleistung einer bisherigen Anlage beträgt 1 MW, dennoch ist der Ertrag pro Jahr mit den neuen 3 mal so hoch. Das liegt zum einen daran, dass die neue Anlage insgesamt höher ist (82m) und zum anderen an der neuen Pitch-Technik.
Die Kosten bei den ersten beiden Anlagen lagen bei ca. 1,85 Mio. €, der Bau der beiden Enercon E82 kostet ca. 7,85 Mio. € (mehr als 2/3 des Preises kosten die WEA). Im Herbst 2009 soll wahrscheinlich mit dem Bau begonnen werden.
Das neue Projekt bedeutet auch, dass ein paar wenige Bäume gefällt werden müssen, da die neuen Windräder mitten im Waldgebiet stehen werden. Dafür muss an anderen Orten aufgeforstet werden. Allerdings hat sich gegen den Bau eine Bürgerinitiative in Groß-Umstadt gebildet. Die Beweggründe der Bürgerinitiative sind:
- Landschaftsverunstaltung
- Lärmbelästigung
- Hügelgräber der Kelten auf dem Binselberg
- Schattenwurf
Die Argumente der Bürgerinitiative wurden mittlerweile im Auftrag der WIBI GmbH von Spezialisten geprüft. Es stellte sich heraus, dass selbst die Gemeinde Raibach, welche am nächsten am Binselberg liegt, nicht durch die Geräusche der beiden WEA gestört wird.
Die jetzigen Anlagen (welche näher und lauter sind) sind nur sehr leise in der Gemeinde wahrnehmbar (unter 35dB), aber auch nur, wenn der Wind vom Binselberg nach Raibach weht. Mit Schattenwurf ist der Schatten der Kreisbewegung des Rotors hautsächlich gemeint, durch diesen wird aber keine Ortschaft gestört.
Außerdem wurde noch ein Biologe von der WIBI GmbH engagiert, um zu untersuchen, ob Fledermäuse oder Vögel durch die WEA gefährdet sind. Es konnten aber keine Probleme festgestellt werden, da die Windräder höher sind als Fledermäuse normalerweise fliegen.
Das Regierungspräsidium hat mittlerweile den Bau des Projektes genehmigt.
Hier finden sich die Argumente der Bürgerinitiative gegen den Ausbau der Windenergieanlagen:
www.initiative-gegen-windräder.de/
Verfahren des Verwaltungsgerichts Darmstadt - Erweiterungsplanungen 2009
"Mit Beschluss vom 05.11.2009 hat die 6. Kammer des Verwaltungsgerichts den Antrag der Gemeinde Schaafheim auf Wiederherstellung der aufschiebenden Wirkung ihrer Klage gegen die Errichtung von zwei Windkrafträdern auf dem Binselberg in Groß-Umstadt abgelehnt.
Auf Antrag der Windpark Binselberg GmbH hatte das Regierungspräsidium Darmstadt am 09.06.2009 die Genehmigung zur Errichtung von zwei Windkraftanlagen mit einer Nennleistung von 2 Megawatt erteilt. Die Anlagen vom Typ Enercon E-82 haben eine Gesamthöhe von 179 m. Nachdem die Gemeinde Schaafheim sowie Bürger aus der Standortgemeinde Groß-Umstadt gegen die Genehmigung Klage erhoben hatten, ordnete das Regierungspräsidium Darmstadt auf Antrag der Windpark Binselberg GmbH die sofortige Vollziehbarkeit der Genehmigung an.
Die Richter haben den Antrag der Gemeinde Schaafheim auf Wiederherstellung der aufschiebenden Wirkung ihrer Klage mit der Begründung abgelehnt, dass die Gemeinde durch die Genehmigung der beiden Windenergieanlagen nicht in eigenen Rechten, insbesondere nicht in ihrer Planungshoheit verletzt sei.
Der Gemeinde Schaafheim hätten bei der Genehmigung der Windkraftanlagen auf dem Gebiet der Gemeinde Groß-Umstadt weder Mitwirkungs- noch Beteiligungsrechte nach dem Bundesimmissionsschutzgesetz bzw. dem Baugesetzbuch zugestanden.
Die Genehmigung verstoße auch nicht gegen das Landesplanungsrecht. Nach dem geltenden Regionalplan Südhessen 2000 sei die Errichtung der Windkrafträder auf dem Binselberg nicht ausgeschlossen. Der seit dem 01.09.2009 öffentlich ausgelegte Entwurf des Regionalplans 2009 sei für dieses Verfahren nicht erheblich, denn er habe im Zeitpunkt der Genehmigung der Windkraftanlagen im Juni 2009 noch nicht die notwendige Planreife gehabt.
Die von der Gemeinde Schaafheim angeführten Belange der Landschaftsästhetik, der Landschaftsstruktur und des Naturschutzes seien öffentliche Belange, die jedoch nicht dem Schutz der kommunalen Planungshoheit dienten. Vielmehr seien die Belange des Naturschutzes und der Landschaftspflege, der natürlichen Eigenart der Landschaft und ihres Erholungswertes sowie das Orts- und Landschaftsbild öffentlich Belange, die von der zuständigen Genehmigungsbehörde, dem Regierungspräsidium Darmstadt, im Interesse der gesamten Öffentlichkeit und nicht nur im Interesse einer Kommune zu prüfen seien. Dabei sei die Genehmigungsbehörde an die Privilegierung der Windenergie durch den Gesetzgeber gebunden.
Mit der Entscheidung des Gesetzgebers über die Privilegierung der Windkraft im Außenbereich seien Form und Dimension der Windenergieanlagen und deren Auswirkungen auf das Landschaftsbild grundsätzlich legitimiert worden. Dieser Grundentscheidung des Gesetzgebers entgegenstehende öffentliche Belange lägen in dem vorliegenden Verfahren nicht vor. So habe auch die Obere Naturschutzbehörde keine grundsätzlichen Bedenken gegen die Errichtung der beiden Windkraftanlagen erhoben.
Da die Windkraftanlagen außerhalb des Gemeindegebietes der Stadt Schaafheim errichtet werden sollen, könne sich die Gemeinde auch nicht auf ihr sogenanntes Selbstgestaltungsrecht berufen. Sie habe keinen Anspruch auf Wahrung der bisherigen Sichtbeziehungen aus dem Gemeindegebiet heraus und könne daher auch nicht die aus der Veränderung diese Sichtbeziehungen befürchteten Folgen, wie etwaige Beeinträchtigung des Tourismus oder der Bereitschaft Bauwilliger, sich im Gemeindegebiet anzusiedeln, geltend machen.
Die Gemeinde Schaafheim kann gegen die Entscheidung des Gerichts Beschwerde beim Hessischen Verwaltungsgerichtshof in Kassel einlegen.
Das Verfahren trägt das Aktenzeichen. 6 L 1382/09.DA.
Darmstadt, den 09.11.2009, Verwaltungsgericht Darmstadt, Stellv. Pressesprecher Klaus Ruth"
Hier finden sich die Argumente der Bürgerinitiative gegen den Ausbau der Windenergieanlagen:
www.initiative-gegen-windräder.de/
5.4 Offshore-Windpark "Alpha Ventus"
Die Technik der Windräder ist aber nicht nur an Land nutzbar. Auch zu Wasser lässt sich die Kraft des Windes in wertvollen und ökologischen Strom umsetzen. Und durch die stetig steifen Brisen auf See sogar bedeutend effizienter (bis zu 60%) und in größeren Dimensionen als mit den Windparks an Land.
Kein Wunder also dass die Bundesregierung mit der Baugenehmigung von bereits 22 Offshore-Windparks die Realisierung der geplanten 40, die in der Nord- und Ostsee gebaut werden sollen weiter vorantreibt und so einen Schritt weiter in Richtung erneuerbare Energien geht und einen Schritt weiter weg von Atomkraftwerken.[4]
Die Bundesregierung hat dafür am 16.09.2009 Gebiete in der Nord- und Ostsee ,mit einer Gesamtfläche von 100 km², festgelegt die für die Offshore-Windparks reserviert sind. In diesen sollen bis 2020 in den 30 geplanten Windparks in der Nordsee und den 10 in der Ostsee, 2500 Windräder gebaut und ans deutsche Stromnetz angeschlossen werden.[4][7]
- Lageplan der Offshore-Anlagen in Nord- und Ostsee
Durch den Bau dieser 2500 Windräder werden nicht nur 30.000 neue Arbeitsplätze geschaffen sondern auch eine enorme Menge Strom: 12.000 Megawatt. Dadurch werden 12 Millionen Haushalte mit Strom versorgt werden können.[6][7]
Das entspricht der Leistung von 10 großen Atomkraftwerken.[8]
Bis 2030 ist das Ziel sogar 25.000 Megawatt über Windkraft zu produzieren und somit 15% der Nachfrage an Strom in Deutschland über Windkraft zu bedienen, statt den jetzigen 6%.[5]
Der erste Offshore-Windpark ist bereits in Betrieb genommen worden.
Seit dem 13.08.2009, 45 Km vor der Insel Borkum, speisen die 6 Windräder des Typs Repower 5M des Windparks Alpha Ventus Strom, mit einer Vergütung von 14 Ct/kWh, über einem Seekabel ins Deutsche Stromnetz ein. 6 weitere Windräder vom Typ Multibrid M5000 sind bereits in Bau.[2][6]
- REpower 5M - Quelle: www.alpha-ventus.de
REpower 5M
Technische Daten REpower 5M
Rotordurchmesser: 126 m
Nabenhöhe: ca. 92 m
Nennleistung: 5 MW
Gondelmasse ohne Rotor und Nabe: ca. 290 t
Gondelmasse mit Rotor und Nabe: ca. 410 t
Gewicht Gründung:ca. 500 t; Turm: ca. 210 t
Drehzahl: Rotor: 6,9-12,1 U/min; Generator: 670-1170 U/min
Einschaltwindgeschwindigkeit: 3,5 m/s (=Windstärke 3)
Nennwindgeschwindigkeit: 13 m/s (=Windstärke 6)
Ausschaltwindgeschwindigkeit: 30 m/s (=Windstärke 11)
Blattspitzengeschwindigkeit: 80 m/s bei Rotordrehzahl 12,1 U/min (=ca. 288 km/h)
- Multibrid M5000 - Quelle: www.alpha-ventus.de
Multibrid M5000
Rotordurchmesser: 116 m
Nabenhöhe: 90 m
Nennleistung: 5 MW
Drehzahl: 5,9 - 14,8 U/min
Wirkungsgrad: 95 %
Einschaltwindgeschwindigkeit: 3,5 m/s (= Windstärke 3)
Nennwindgeschwindigkeit: 12,5 m/s (= Windstärke 6)
Ausschaltwindgeschwindigkeit: 25 m/s (= Windstärke 10)
Blattspitzengeschwindigkeit: ca. 90 m/s (= ca. 320 km/h)
Lebensdauer: 20 Jahre
Gondelmasse ohne Rotor und Nabe: 200 t
Gondelmasse mit Rotor und Nabe: 309 t
Stahlmasse Tripod, Turm, Gondel: 1000 t
Mit 12 Windrädern der 5 Megawatt Klasse ist Alpha Ventus ein relativ kleiner Offshore-Windpark, soll mit der Fertigstellung am ende diesen Jahres aber schon um die 50.000 Haushalte versorgen können.
Alpha Ventus ist aber vorherrschend ein Windpark für Forschungszwecke und dem sammeln von Erfahrungen mit der Stromgewinnung Offshore. Dafür hat das Bundesumweltministerium Forschungsgelder von 50 Millionen Euro zu Verfügung gestellt. Das Bauen auf See hat nämlich seine Tücken.[3]
Um für die nötige Stabilität zu sorgen müssen die gut 155m großen Anlagen in den bis zu 40m unter dem Meeresspiegel liegenden Grund verankert werden. Alpha Ventus hat hierzu eine vereinfachte Grafik zur Verdeutlichung der Arbeitsschritte bereitgestellt.[2]
- Die Animation zeigt die geplante Montagesequenz der REpower 5M. Klicken Sie in die Grafik, um eine erläuterte Übersicht herunterzuladen
- Umspannwerk - Quelle: www.alpha-ventus.de
Um den von den Windrädern erzeugten Strom dann ins Netz einzuspeisen wird noch ein Umspannwerk benötigt. Hier laufen die 12 Stromkabel der Windanlagen zusammen und der Strom wird dann über ein 16 cm dickes Stromkabel in einem Seekabel über Norderney ans Festland geschaltet.[2]
Der Zweite Offshore-Windpark in deutschen Gewässern soll nun auch in Arbeit genommen werden. 33Km Nördlich von Norderney soll Gode Wind II schon 80 Windanlagen umfassen und zusammen mit dem auch bereits genehmigten Gode Wind I dann bis 2011/2012 ganze 160 Anlagen in Betrieb genommen werden.[4]
Hier finden Sie einen Beitrag der Tagesschau vom 16.09.2009: "Alpha Ventus" - Tagesschau vom 16.09.2009
Link zu Homepage des Windparks: http://www.alpha-ventus.de/
5.5 Offshore Windpark Nysted
1998 forderte das dänische Parlament von der Energiewirtschaft den Bau von fünf Windkraftanlagen zur Demonstration der Windkraftnutzung.
Fünf Jahre später wurden die Verträge zwischen den Betreiberfirmen, den Zulieferern und dem Energieministeriums abgeschlossen. Im Jahre 2002 wurde mit dem Bau der Fundamente begonnen. Zwischen dem 11. Mai und dem 28. Juli 2003 wurden die Turbinen installiert. Im Dezember 2003 war der Windpark betriebsbereit. Die offizielle Übergabe an die Betreiberfirmen fand aber erst ein Jahr später statt. Der Bau der Anlage kostete ca. 213 Mio. €.
Die Offshore Windparkanlage besteht insgesamt aus 72 Windanlagen in acht Reihen zu je neun Anlagen.
Eine Anlage leistet 2,3 MW (Megawatt), das entspricht dem Verbrauch von 4500 Toastern und ergibt bei 72 Windkraftanlagen eine Nettoleistung von 165,6 MW.
Jährlich erzeugt diese Anlage 595 Mio. KWh, das entspricht dem Verbrauch von 145.000 Haushalten.
Die Windparks können bei einem Wind von 4m/s - 25m/s (Windstärke 3 - 9) Strom erzeugen. Die Turmhöhe einer Anlage beträgt 69 Meter, das Rotorblatt besitzt eine Länge von 41 Metern (Gesamthöhe 109 m). Die Rotorfläche entspricht im Betrieb der Fläche eines Fussballfeldes.
Der Offfshore Windpark Nysted reduziert jährlich die CO2 Emission Dänemarks um 500.000 Tonnen CO2.
Elektrische Leistung
- 2,3 MW je Anlage (= 4.500 Toaster)
- 72 Windturbinen
- 165,6 MW insgesamt (= 321.000 Toaster)
Mechanische Daten
- Turmhöhe: 69 m
- Rotorblatt: 41 m
- Gesamthöhe: 109 m
Erträge und Umweltentlastung ca.
- Jahresenergieertrag 595 Mio. kWh/Jahr
- CO2-Einsparung 500.000 t CO2
5.6 Windpark Sintfeld
Lage
Der Windpark Sintfeld liegt auf einer Hochfläche in Ostwestfalen zwischen Bad Wünnenberg und Meerhof (siehe Bild 1).
Entwicklung
Um den Windpark zu finanzieren, waren 1999 200 Millionen DM nötig (100 Mio. €), die von Investoren aus der Umgebung aufgebracht wurden.
Während der Planungsphase gab es allerdings so manche Gegner des Projektes. Landbesitzer waren nicht bereit, ohne eine finanzielle Entschädigung Anlagen auf ihrem Grund und Boden zu dulden. So wurde jedem Bürger, der eine Windkraftanlage auf seinem Grundstück stehen hat, eine Entschädigung von 4000-5000€ pro Jahr gezahlt.
Sollten außerdem weitere Baumaßnahmen auf dem Grundstück notwendig sein, erhält der Bürger auch hierfür eine Entschädigung. Zudem wurde jeder Bürger mit 5% am Gewinn des Stromverkaufes beteiligt, die die Anlagen. 2001 ging der Windpark Sintfeld in Betrieb.
Betrieb
Seit seiner Inbetriebnahme im Jahr 2001 wurde der Windpark kontinuierlich erweitert. Heutzutage umfasst das Gebiet 765 Hektar. Ein Hecktar enspricht 10 000 m², das ganze Areal umfasst also 7,65 Mio m² (entsprechend 1072 Fussballfelder).
Derzeit sind 65 Windenergieanlagen in Betrieb. Die Einspeisung des Stromes in das öffentliche Netz geschieht im größten privaten Umspannwerk in Meerhof (siehe Bild 3). Dort wird die von den Windkraftanlagen erzeugte Energie in das Stromnetz eingespeist.
Leistung
Die 65 Windkraftanlagen haben eine Gesamtleistung von 105 MW. Damit können die Anlagen ca. 180 Millionen kWh pro Jahr "ernten". Diese Energie reicht aus, um in Deutschland mehr als 60 000 Haushalte im Jahr mit Strom zu versorgen. (durchschnittlicher Verbrauch eines deutschen Haushalts 3000 kWh). Diese Energie entspricht der Leistung eines Atomkraftwerkes.
6. Zukunft und Kosten der Windenergie
- Der Leistungszuwachs von Windkraftanlagen
Eine der wichtigsten Fragen überhaupt ist wie zukunftssicher ist diese Technik der Windenergienutzung überhaupt? Man wird sofort feststellen, das Wind im Gegensatz zu Erdöl, Erdgas oder Kohle eine erneuerbare Ressource ist und dauerhaft verwendet werden kann. Es ist außerdem so, das durch Windenergieanlagen keinerlei Schadstoffe wie Kohlenstoffdioxid oder Monoxid entstehen, welche die globale Erwärmung mit beeinflussen könnten. Ein weiterer Vorteil der Windenergie ist, dass Staaten welche keine Rohstoffvorkommen besitzen wenigstens mit Hilfe der Windenergie Autarkie[11] in der Strom/ Energieversorgung erreichen können. Außerdem ist es erwähnenswert das durch Windenergieanlagen keine große oder extrem große Gefahr besteht wie durch Kernenergie.
Die Effizienz der Technik der Windenergienutzung hat sich seit den Anfängen in den 80ern ums einhundertsiebenundsechzigfache verbessert. Das ist der Grund, warum alte Windenergieanlagen durch neue ersetzt werden sollten, das wird auch bei verschiedenen Windparks gemacht. Es wird als „Repowering“ bezeichnet. Windenergieanlagen die am Anfang der 90ern aufgebaut wurden besitzen eine Nennleistung von ca. 250kW, die modernsten Anlagen kommen auf eine Nennleistung von 6000kW (E-126/2008). -> Siehe Kapitel: 10.0 Rekorde & Wissenswertes Das Ziel ist es aus möglichst wenigen Windenergieanlagen die bestmöglichste Leistung heraus nehmen zu können, dadurch würden die jetzigen Standorte besser genutzt werden. Bürger welchen Windräder nicht unbedingt gefallen sind wahrscheinlich dem Repowering dafür dankbar, dass nicht jeder Acker mit einer Windenergieanlage verziert wird.Die Windenergie wird technisch weiterentwickelt und gefördert, um mehr Leistung erzeugen zu können. Es wird vermutet, das auf Grund der Tatsache, dass die Windenergienutzung eine recht junge Technik ist, noch viel mehr Energie erzeugt werden könnte. Momentan hört sich diese Technik noch recht teuer an. Die Effizienz einer Windenergieanlage kann folgendermaßen berechnet werden:
Investition in Euro dividiert durch die Leistung in Kilowatt ergibt die Effizienz in Euro pro Kilowatt
Die Effizienz in Euro pro Kilowatt liegt bei einer modernen Windenergieanlage bei 800 Euro, es ist somit nahezu mit einem Kohlekraftwerk zu vergleichen den dort liegt die Effizienz bei 1867 Euro pro Kilowatt. Momentan liegen aber die Kohlekraftwerke noch vorne, den Aufgrund der unterschiedlichen Windstärken ist die Effizienz nur ein ungefährer Wert, der jährlich schwankt. Selbst wenn man im Gegenzug bei einem Kohlekraftwerk die nötigen Betriebskosten noch zur „Investition in Euro“ hinzufügt, kommt das Kohlekraftwerk auf eine bessere Effizienz und kann somit auch seinen erzeugten Strom günstiger vergüten. Trotzdem wird die Windenergie in vielen Staaten gefördert um die Investitionen zu erleichtern.
Entscheidend in Deutschland für die Nutzung der Windenergie war das Stromeinsparungsgesetz, welches durch das Erneuerbare Energien Gesetz (kurz: EEG) verschärft und ersetzt wurde. Es besagt, dass die großen Stromnetzbetreiber dazu verpflichtet sind regenerative Energien zu nutzen, damit Strom zu erzeugen und diesen dann definitiv ins Stromnetz einzuspeisen.
Das EEG versichert den Betreibern von Windenergieanlagen feste Vergütungen. Die Vergütung sinkt aber jährlich um 2%, dass bedeutet wenn man eine Windenergieanlage (kurz: WEA) z.B. 2006 aufbaut erhält man gesetzlich gesicherte 8,35Ct/kWh, ein Jahr später erhält man nur 8,18Ct/kWh. Der Bundestag hatte 2004 dies beschlossen, es war somit eine Überarbeitung des EEG, der „Startwert“ lag bei 8,7%.
Deutschland war durch die Förderung der Windenergie europaweit das Land mit den meisten Windenergieanlagen geworden. Bereits Ende 2003 war die Hälfte aller installierten Windenergieanlagen Europas in Deutschland, zehn Monate später waren es schon 75%.
In Deutschland können die Betreiber von Windenergieanlagen vom Staat subventioniert[12] werden.
Die Zukunft der Windenergie sieht positiv aus, da die Staaten aller Welt bemüht sind das Klima nicht noch unnötig weiter zu erwärmen. Eine Studie von Greenpeace und dem Weltenergieverband (GWEC) hat bewiesen das bis zu über einen Drittel des weltweit benötigten Stroms durch Windenergie erzeugt werden kann. Dadurch können bis zu 4,7 Milliarden Tonnen Treibhausgase vermieden werden. Bis jetzt werden die regenerative Energien in ihrer Weiterentwicklung leicht gehindert, unter anderem durch Privilegierung fossiler Brennstoffe und atomarer Energien. Das beweist, wie viele Menschen nicht an die Umweltfolgekosten denken, die durch fossile und atomarer Energie entstehen!
Zur Zeit ist Deutschland an der Spitze was die Nutzung der Windenergie betrifft, gefolgt von Spanien und der USA. Doch Deutschland ist dabei die Spitzenposition zu verlieren, da viele Länder große Projekte starten um Windenergieparks auf See zu errichten (genannt: Offshore).
Die Bundesregierung plant derweil einen Offshore Windenergiepark in der Ostsee zu erreichten.
- Die Fuhrländer FL2500 bei Laasow (Deutschland / Brandenburg)
7. Rekorde und Wissenswertes
· Der größte Darrieus-Rotor der Welt steht in Québec (Kanada). -> Siehe Kapitel: 1.4
· Die derzeit leistungsstärkste Windenergieanlage ist die E-126 von Enercon mit 6MW Nennleistung. Die E-126 ist der Nachfolger der E-112, die neue WKA ist insgesamt höher (Nabenhöhe[13] 135m), hat einen verbesserten Motor. Die Verkleidung ist wie bei den vorherigen Modellen aus Aluminium. Der Generator wird auf einen Betonturm verankert. Das Fundament besteht aus 1500m³ Beton mit 64 Pfählen und einer Tiefe von 25m. Der Prototyp wurde in Ostfriesland errichtet. Bis jetzt wurden schon in Belgien WKA dieser Art installiert und 5 weitere (Stand. 2008) in
Deutschland.
· Die höchste Windkraftanlage ist die Fuhrländer FL2500 bei Laasow (Deutschland Brandenburg). Es ist ein Gittermastturm mit einer Höhe von 160m, der Rotor hat einen Durchmesser von 90m. Die Gesamthöhe beträgt 205m und die WKA hat eine Nennleistung von 2.5MW. Es sind außerdem noch weitere Windenergieanlagen dieser Art im Bau oder in Planung z.B. in Nordrhein-Westfalen oder in Mecklenburg- Vorpommern.
· Die nördlichste Windenergieanlage der Welt steht in Norwegen (Stand. 2005) und hat eine Nennleistung von 2,5MW.
· Die südlichste Windenergieanlage steht in der Antarktis (Enercon E-30), es sind zwei WEA mit jeweils 300kW.
Zusammen mit Dieselmotoren versorgen diese seit 2003 die
Station Mawson Bay der Australischen Research Division.
Quellen
http://www.ruhdorfer.de/diplom/windkraft.html
greenpeace.de
windkraftanlagen-windenergie.de
1. Dschunkensegel: Ein Dschunkensegel ist ein meist 4 oder 5 Kantiges Segel welches durch mehrere Latten (Bretter) stabilisiert ist.
2. Polderentwässerung: Ein Polder ist ein niedrig gelegenes Gelände in der Nähe von Gewässern, welches leicht durch starken Regen oder Hochwasser eines Gewässers mit Wasser voll läuft. In Holland zum Beispiel wurden Mühlen dazu eingesetzt um das Wasser aus diesen Flächen herauszupumpen.
3. Windrotor: (lat.: rotare = „kreisen“) Ein Rotor ist das drehende Teil einer Maschine wie bei einem Hubschrauber oder einer Uhr.
4. Betzsches Gesetz: Das Betzsche Gesetz besagt das nur 59% der kinetischen Energie des Windes in Rotationsenergie umgesetzt werden kann. Das Gesetz wurde von dem deutschen Ingenieur Albert Betz 1919 entwickelt.
-> Siehe Kapitel: 3.3 Wirkungsgrad der Windenergieanlagen
5. Faserverbundstoff: Ein Faserverbundstoff wird hauptsächlich in der Leichtbauweise verwendet. Es ist ein Werkstoff der aus Verstärkungsfasern und einer Kunststoffmatrix. Diese Kunststoffmatrix umgibt die Verstärkungsfasern.
6. Blindleistung: (Begriff aus der Elektrotechnik) Im Allgemeinen soll die elektrische Energie vom Erzeuger zum Verbraucher übertragen werden. In Wechsel bzw. Drehstromnetzen fließt zusätzlich noch eine Energie die zwischen Erzeuger und Verbraucher pendelt. Dieser Energiefluss trägt nichts zur eigentlichen Wirkleistung bei und ist deswegen auch unerwünscht.
7. Schnelllaufzahl: -> Siehe Kapitel: 3.3 Wirkungsgrad der Windenergieanlagen
8. Erneuerbare- Energien- Gesetz: (eig. „Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien“) ist ein Bundesgesetz welches die Weiterentwicklung der Erneuerbaren Energien fördern soll. Es gehört zu mehreren Gesetzlichen Maßnahmen bezüglich der Globalen Erderwärmung. In erster Linie soll es die Anhängigkeit an fossilen Brennstoffen verringern. Die erste Verfassung des Gesetzes ist am 29. März 2000 in Kraft getreten.
9. Binnenland: Ist ein Landgebiet nahe einer Küste.
10. Umfanggeschwindigkeit (u): Ist die Blattspitzengeschwindigkeit am äußeren Ende des Rotors.
11. Autarkie: altgriechische Bedeutung für „Selbstständigkeit“
12. Subventionieren: Subventionen sind Hilfeleistungen von einem Staat oder Unternehmen. Der Staat oder das Unternehmen erwartet keine Gegenleistung
13. Nabenhöhe: Die Nabe ist der Mittelpunkt des Rotors, die Nabenhöhe ist ca. 1 – 1,5m höher als die eigentliche Turmhöhe (ohne Generator- Gondel)
Weblinks
[1] vgl. http://de.wikipedia.org/wiki/Windenergie
[2] vgl. www.alpha-ventus.de
[3] vgl. www.bmu.de/pressemitteilungen/aktuelle_pressemitteilungen/pm/44738.php
[4] vgl. www.bmvbs.de/-,302.1088710/doc.htm
[5] vgl. www.tarife-verzeichnis.de/nachrichten/2604-40-offshore-windparks-nord-ostsee-planung.html
[6] vgl. www.tagesschau.de/multimedia/video/video569274.html
[7] vgl. www.rp-online.de/public/article/wirtschaft/news/757536/40-Offshore-Windparks-in-Nordsee-und-Ostsee.html