Windenergie - Status quo, Entwicklung, Klimabilanz und ökonomische Effekte

windenergieanlagen_dreiWindenergie oder Windkraft ist eine erneuerbare Energiequelle, die schon seit dem frühen Mittelalter genutzt wird. Nachdem die Windkraft früher mittels Windmühlen als Kraftquelle unter anderem zum Mahlen von Getreide eingesetzt oder als Pumpwerkantrieb zur Entwässerung, Bewässerung und Gewinnung von Trinkwasser genutzt wurde, wandeln heutzutage moderne Windenergieanlagen (WEA) die vorbeiströmende Luft über Generatoren in elektrischen Strom um (mehr dazu: Wie funktioniert eine Windkraftanlage).

Im 19. Jahrhundert besaßen die Windräder in Europa eine Arbeitsleistung unter guten Windverhältnisse von bis zu 30 Kilowatt (kW). Nachdem die Nutzung von Windmühlen in der vorindustriellen Zeit immer stärker wuchs und Ende des 19. Jahrhunderts ihren Höhepunkt erreichte, wurden sie danach durch fossil betriebene Arbeitsmaschinen abgelöst. Im Zuge der sich verbreitenden Elektrifizierung im 20 Jahrhundert kam man allerdings bald auf die Idee, durch die Kraft des Windes Strom zu erzeugen – allerdings zunächst ohne durchschlagenden Erfolg. Durch die Ölkrise(n) der 70er Jahre wurde dieser Gedanke wieder aufgegriffen und mit Nachdruck weiterverfolgt. Mit der innovativen Weiterentwicklung der Mühlen wurden die Konstruktionen immer größer und die Leistung höher. Die Leistung der Anlagen steigerte sich von etwa 50 kW bis 150 kW in den 80er auf 500 kW bis 600 kW in den 90er Jahren. Zu Anfang der 2000er Jahre betrug die Leistung einer durchschnittlichen Windenergieanlage etwa ein Megawatt (MW). Heute werden bei der Windenergienutzung an Land (Onshore) üblicherweise Anlagen mit einer Leistung von rund 3 MW installiert, allerdings gibt es auch Projekte mit deutlich größeren Generatorleistungen. Für Offshore-Parks (Windenergie auf See) sind Anlagen mit 5 bis 6 MW üblich. Zurzeit beträgt die höchste Generatorleistung von WEA 7,5 MW – eine solche Anlage kann rechnerisch den Stromverbrauch von mehr als 5700 Haushalten decken.

Wind als Energiequelle ist erneuerbar, weltweit und prinzipiell kostenlos verfügbar. Deswegen eignet die Nutzung der Windenergie sich besonders gut für Länder, die keine oder nur wenig fossile Energieressourcen zur Stromerzeugung zur Verfügung haben. Aufgrund der knapper werdenden Ressourcen und der Notwendigkeit zur Reduktion von Treibhausgasen ist die Windenergie aber natürlich auch in öl- und gasreichen Ländern eine sinnvolle Alternative zur Ausbeutung der heimischen Bodenschätze.

Entwicklung in Deutschland


AEE-Prognose-Windenergie_72dpiIn Deutschland wird die Windenergie seit Anfang des Jahrtausends stark ausgebaut. Ein wichtiger Grund dafür sind die Fördermaßnahmen für Windenergie. Im Jahre 1991 wurde das Stromeinspeisungsgesetz in Deutschland erlassen. Die Vergütung betrug für Windkraft 90 Prozent des zwei Jahre zuvor erzielten durchschnittlichen Erlöses. Mit der Einführung des EEG im Jahr 2000 wurde die Förderung auf feste Vergütungssätze für jede eingespeiste Kilowattstunde umgestellt. In dieser Festvergütung war aber schon eine automatische und kontinuierliche Degression von anfangs 1,5 Prozent pro Jahr angelegt. Mit dem 2014 reformierten EEG beträgt die Anfangsvergütung ab 1. August 2014 für Onshore-Windenergie 8,9 Cent pro Kilowattstunde (kWh) für mindestens fünf Jahre. Nach Ablauf der Anfangsvergütung wird eine Grundvergütung für 4,95 Cent pro kWh gezahlt. Durch technische Weiterentwicklungen und effizientere Anlagen sind Windenergieanlagen an günstigen Standorten ohne Förderung auch mit konventionellen Kraftwerken konkurrenzfähig.

Die Errichtung einer WEA oder eines Windparks braucht oft einige Monate oder sogar Jahre. Dazu ist eine umfangreiche Planung nötig. Zunächst müssen die Windverhältnisse des Standorts analysiert werden. Viele Bundesländer geben hier mit Windatlanten eine gute erste Hilfestellung. Bei der Standortwahl dürfen neben den Windverhältnissen auch Richtlinien und Rahmenbedingungen von beispielsweise Natur- oder Landschaftschutz nicht vernachlässigt werden. Idealerweise werden auch die Anwohner bei der Installation der WEA vor Ort eingebunden. Zur Sicherung der Akzeptanz vor Ort sind Schallenentwicklung sowie Schattenwurf und der Einfluss auf das Landschaftsbild berücksichtigt werden. Allerdings ist der aus mechanischen Teilen resultierende Schall bei modernen WEA praktisch verschwunden.

Für die Erzeugung, Transport und Installation der WEA wird zwar auch einige Energie benötigt, moderne Anlagen amortisieren sich jedoch schon nach drei bis sieben Monaten. Das bedeutet, nach wenigen Monaten haben die WKA so viel Strom bzw. Energie produziert, wie es für die Installation der Anlage gebraucht hat Für den Rest der üblicherweise rund 20jährigen Betriebszeit wächst die Energiebilanz also ins Positive – was zum Beispiel bei fossilen Kraftwerken nicht möglich ist, da diese zur Stromerzeugung mit immer neuen Mengen an Energieträgern befeuert werden müssen.

Klimabilanz

AEE_Vermiedene_Treibhausgas-Emissionen_2012_jul13_72dpiNeben der positiven Energie- ist auch die Umweltbilanz von Windenergie erfreulich: Je nach Standort und Technik verursacht eine Kilowattstunde (kWh) Windstrom 10 bis 25 g CO2. Um den gleichen Strom zu erzeugen, wird in einem Kohlekraftwerk etwa  1000 g CO2 freigesetzt -- das ist 40 bis 100 Mal so viel wie bei Windenergie. Die Windenergie hat so auch den größten Anteil zur Vermeidung  von Treibhausgasemissionen im Strombereich beigetragen (Vermiedene Treibhausgasemissionen durch Erneuerbare Energien 2012).

Potenziale

Die elektrische Leistung von WEA hängt quadratisch vom Rotordurchmesser ab, von der Windgeschwindigkeit (ab 3 m/s kann Strom erzeugt werden) sogar zur dritten Potenz. So kann eine Anlage bei einer Verdoppelung der Rotordurchmesser oder der Windgeschwindigkeit die vier- oder sogar achtfache Leistung erzielen. Zusätzlich steigert sich der Ertrag der Windenergie pro Meter höherer Nabe um bis zu ein Prozent.

Die Windgeschwindigkeit in Norddeutschland beträgt über 7 m/s, in Mitteldeutschland 5-7 m/s. Am schwächsten weht der Wind in Süddeutschland mit einer Geschwindigkeit von 3 bis weniger als 5 m/s in 120 m Höhe. Daher sind die meisten WEA an der Nordküste und in bergigen Regionen zu finden. Allerdings ist auch in Süddeutschland die Nutzung der Windenergie gut möglich. So hat beispielsweise Bayern, dass zwar das größte, aber auch das südlichste Bundesland ist, das bundesweit höchste Windenergiepotenzial. Neue Anlagen werden teilweise speziell für diese Schwachwindstandorte entwickelt.

Trotz eines im Vergleich zu anderen Ländern relativ niedrigen Potenziales ist Deutschland einer der Technologievorreiter in der Windbranche weltweit. Der Windenergienutzung hat sich zu der kostengünstigsten Technologie in dem Bereich Erneuerbaren Energien entwickelt und die Wind-Stromgestehungskosten liegen in Deutschland trotz der besseren Bedingungen in anderen Ländern  im internationalen Vergleich im Mittelfeld (mehr dazu: Studie zur Kostensituation der Windenergie an Land im internationalen Vergleich).

2003 besaß Deutschland die Hälfte der europäischen Windkraftleistung und im Jahre 2004 sogar zwei Drittel. Bis Ende 2007 hatte Deutschland die höchste installierte Leistung weltweit. Mit dem Boom der Windenergiebranche wurde es 2008 von den USA und 2010 von China überholt. Bis zum Ende des Jahres 2013 wurden in Deutschland 23.645 WEA installiert, die ) eine Leistung zur Stromzeugung von 34.660 MW (Nur Wind-Onshore) haben. Der dadurch erzeugte saubere Strom deckte 8,9 Prozent des gesamten Stromverbrauchs und lieferte damit den größten Beitrag zur Stromzeugung aus Erneuerbaren Energien.

Trotzdem ist das Potenzial von Windenergienutzung wegen der rasant steigenden Leistung noch lange nicht ausgeschöpft. Das heißt, dass tendenziell weniger WEA mit höheren Leistungen mehr Strom erzeugen werden. Nach Berechnung von Bundesverband erneuerbare Energien und AEE (Potenzialatlas Erneuerbare Energien in Deutschland) könnte 2020 alleine die Onshore-Windenergie auf 0,76 Prozent der Landfläche (inkl. Abstandsflächen) fast 20 Prozent des deutschen Strombedarfs decken. Offshore soll nach Plänen der Bundesregierung  bis 2020 eine Leistung von 6,5 GW installiert werden, das entspricht rund 4 Prozent des  deutschen Strombedarfs.

Deutschland

2008

2020


Stromerzeugung

40,6 Mrd. kWh

112,1 Mrd. kWh


Flächenbedarf

1.700 ha

2.700 ha

nur Fundamentsfläche

170.000 ha

270.000 ha

inkl. Abstandsfläche

Jährlicher Ertrag pro Hektar

24 Mio. kWh

41,5 Mio. kWh

nur Fundamentsfläche

240.000 kWh

415.000 kWh

inkl. Abstandsfläche


Die Studie Potenzial der Windenergienutzung an Land (Kurzfassung) zeigt, dass WEA sogar auf 7,9 Prozent der Landfläche ohne Restriktion nutzbar wären und dort 722 GW Leistung installiert werden könnten. Das von vielen Ländern ausgegeben Ziele einer Nutzung der Windenergie auf maximal 2 Prozent der Landfläche für Windenergie ist daher durchaus realistisch, allein darauf könnte einer Leistung von 198 GW installiert werden.

Weitere Studie zum Potenzial der Windenergie: Potenzial der Windenergie An Land - zur Ermittlung des bundesweiten Flächen- und Leistungspotenzials der Windenergienutzung an Land.